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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTEREDEL’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LARECHERCHE SCIENTIFIQUE

ECOLE NATIONALE SUPERIEURE D’HYDRAULIQUE–ARBAOUI Abdellah-

DEPARTEMENT AMENAGEMENT ET GENIE HYDRAULIQUE

MEMOIRE DE MASTERPour l’obtention du diplôme de Master en Hydraulique

Option : Aménagement des Ouvrages Hydrotechniques

THEME DU PROJET :

CONCEPTION D’UN BETON DESTINE AUXOUVRAGES HYDROTECHNIQUES

PRESENTE PAR :

Mr : AHMED Faycel

Devant les membres du jury

Nom et Prénoms Grade Qualité

Mme: B.TOUAIBIA Professeur PrésidentMr: M.K.MIHOUBI Professeur ExaminateurMme: D.DJOUDAR M.A.A ExaminatriceMme : N.SAIL M.A.A ExaminatriceMr : A.HEBBOUCHE M.A.A InvitéMr:A.HADJ SADOK M.C.B Promoteur

Avril-2015-

Dédicace

Je dédie ce travail :

Avant tout à mes chers parents, pour leur soutient immense qu'ils n'ont Cessé dem'apporter ainsi que les conseils qu'ils m'ont prodigué sans les quels j'avoue, je

ne serai pas ce que je suis aujourd'hui.

A mes frères et ma sœur

A toute la famille Ahmed

A mes collègues de l’ENSH sans oublier mes amis Abderrazak et Taki qui m’ontayants été mes bras droit

Faycel

Remerciements

Avant tout, je remercie Dieu pour tous ses dons, la force et la santé qu'il m’a accordéafin mener ce travail à terme.

Je tiens à remercier…

Mon promoteur Mr.HADJ SADOK Ahmed pour m’avoir donné la chance de réaliserce mémoire, pour la confiance qu’il a manifesté a mon égard et pour m’avoir soutenuet toujours encouragé. Je lui exprime en toute sincérité ma gratitude pour sadisponibilité, sa confiance, sa gentillesse et surtout sa patience.

Mr. MOHAMED ALI Mohamed ?ingénieur de laboratoire de béton à l’ENSH, pourm’avoir assister dans la réalisation des éprouvettes et la conduite des essais delaboratoire, pour ses conseils et pour les fournitures de la documentation.

Mr Fathi technicien de laboratoire de MDS qui a su m’encourager pour mieuxavancer dans mon travail.

Mr BEN AMAIROUCHE chef de service des moyens généraux de l’ENSH qui nousa fourni les matériaux nécessaires pour la réalisation de ce travail.

صــــــــــــــــملخ

خاللمنمثالیةذات جودةخرسانة تتطلبالتيالعناصر العدوانیةأو/ واءالممعدائماتصالمنشآت المائیة ھي علىالجرعة د كل من تحددراسةبوذلكالخرسانة الموجھة للمنشآت المائیة والعادیةالخرسانةركیبةتةسادربقمناالعمل،ھذا

.الماء على االسمنتاالسمنت ونسبة ذات متبوعة بالدراسة التحضیریة للخرسانات المدروسة (العادیة و،من أجل ذلك قمنا بتحدید خصائص المواد المستعملة

لخرسانة في أعمار متفاوتة.لالكتامةخاصیة علىوقد قمنا بتجارب میكانیكیة وتجاربالجودة العالیة)، استخدامھا في المنشآت المائیة التي كتامة عالیة، یمكنانة ذات جودة میكانیكیة وحصول على خرسراسة تسمح لنا بالھذه الد

.تكون تحت ظروف قاسیة

العناصر العدوانیة.،: الخرسانة،المنشات المائیة ،الكتامة كلمات مفتاحیة

Résumé

Les ouvrages hydrotechniques sont en contact permanant avec l’eau et/ou d’agentsagressifs ce qui exige de leur béton une qualité exemplaire. A travers ce travail, nous avonsétudié une composition d’un béton ordinaire et d’un béton destiné aux ouvrageshydrotechniques optimisé par une étude paramétrique (Dosage en ciment et rapport E/C).

Pour ce faire, une caractérisation générale des matériaux utilisés a été faite, suivi del’étude de la fabrication des bétons étudiés (ordinaire et de performances améliorées). Desessais mécaniques et d’étanchéité ont été réalisés ensuite à différents âges du béton. L’étude apermit l’obtention d’un béton de performance mécanique et d’étanchéités élevées pouvantparfaitement être utilisé pour un ouvrage hydrotechnique soumis à des conditions sévères.

Mots clés : béton, ouvrages hydrotechniques, étanchéité, agents agressifs.

Abstract

The hydrotechnical constructions are in permanent contact with the water and / oraggressive agents which requires their concrete exemplary quality. Through this work, westudied a composition of a ordinary concrete and concrete for hydrotechnical constructionsoptimized by a parametric study (Cement level and W/C ratio).

In order to do that, a general characterization of the materials was made, followed bythe study of the manufacture of the studied concretes (ordinary and improved performance).Mechanical testing and tightness were then carried out at different ages of the concrete. Thestudy allowed obtaining a mechanical performance of concrete and high tightness can beperfectly used for hydrotechnical constructions under severe conditions.

Key words: concrete, hydrotechnical constructions, watertightness, aggressive agents.

SOMMAIRE

Introduction générale....................................................................................................................... 1

Chapitre I : Généralité sur le béton

1.1. Introduction .............................................................................................................................. 2

1.2. Historique ................................................................................................................................ 2

1.3. Les composants du béton ......................................................................................................... 3

1.3.1. Pâte de ciment ................................................................................................................. 4

1.3.1.1. Le ciment .............................................................................................................. 5

1.3.1.2. Additions minérales ............................................................................................. 5

1.3.2. L’eau ............................................................................................................................... 6

1.3.3. Les adjuvants .................................................................................................................. 7

1.3.4. Les granulats ................................................................................................................... 9

I.4.Propriétés du béton .................................................................................................................. 12

1.4.1. Propriétés du béton frais ................................................................................................ 12

1.4.2. Propriétés du béton durci ............................................................................................... 12

1.4.2.1. Résistance à la compression................................................................................ 13

I.5 Conclusion ............................................................................................................................... 13

Chapitre II : Spécificité des bétons destinés aux ouvrages hydrauliques

II.1.Introduction ........................................................................................................................... 14

II.2.Les différents ouvrages hydrauliques .................................................................................... 14

II.3.Les problèmes liée à béton destinée à des ouvrages hydrauliques ........................................ 14

II.3.1.Etanchéité (infiltration des eaux) .................................................................................. 14

II.3.1.1.La porosité du béton ............................................................................................ 14

II.3.1.2.L’absorption d’eau par capillarité ...................................................................... 16

II.4.Influence de la composition du béton..................................................................................... 17

II.4.1.Rapport E/C ................................................................................................................... 17

II.4.2.Les adjuvants ................................................................................................................. 18

II.4.2.1.Effet indirect des adjuvants ................................................................................. 19

II.5.Action des eaux agressives ..................................................................................................... 19

II.5.1.Attaque du béton par les sulfates ................................................................................... 20

II.5.2.Principes de prévention.................................................................................................. 22

II.5.2.1.Type du ciment adapté pour un milieu sulfaté .................................................... 22

II.5.3.Un béton compact et peu perméable .............................................................................. 22

II.6.Recommandations .................................................................................................................. 22

II.7.Conclusion .............................................................................................................................. 23

Chapitre III : Caractérisation des matériaux et essais

III.1.Introduction .......................................................................................................................... 24

III.2. Les matériaux utilisent ......................................................................................................... 24

III.2.1. Granulats ..................................................................................................................... 24

III.2.2. Ciment ........................................................................................................................ 24

III.2.3. Adjuvants ................................................................................................................... 24

III.2.4. L’eau .......................................................................................................................... 24

III.3. Caractérisations des matériaux utilisés ................................................................................ 24

III.3.1. Essais sur granulat ...................................................................................................... 25

III.3.1.1.Sables ................................................................................................................. 25

III.3.1.2.Graviers .............................................................................................................. 29

III.3.2. Essais sur ciment ....................................................................................................... 34

III.3.2.1. Essai de prise .................................................................................................... 34

III.3.2.2.Resistance à la compression ciment................................................................... 35

III.4. Essais sur béton ................................................................................................................... 36

III.4.1. Malaxage et confection des éprouvettes ...................................................................... 36

III.4.1.1. Mode opératoire de malaxage ........................................................................... 36

III.4.1.2. Confection des éprouvettes ............................................................................... 37

III.4.2. Essais sur béton frais ................................................................................................... 37

III.4.2.1. Mesure de la maniabilité ................................................................................... 37

III.4.3. Essais sur béton durci ................................................................................................. 38

III.4.3.1. Essais mécaniques ............................................................................................ 38

III.4.3.2. Essais d’étanchéité du béton ............................................................................. 39

III.5.Conclusion............................................................................................................................. 41

Chapitre IV : Etude de composition d’un béton ordinaire

IV.1. Introduction ......................................................................................................................... 42

IV.2. Les méthodes de formulation du béton ............................................................................... 42

IV.3. Méthodes de calcul de la composition du béton selon g.dreux............................................ 42

IV.3.1. Données de base .......................................................................................................... 42

IV.3.2.Dimension maximale des granulats « D » ................................................................... 43

IV.3.3. Dosage en ciment ...................................................................................................... 43

IV.3.4. Dosage en eau ............................................................................................................. 45

IV.3.4.1.Correction du dosage en eau en fonction de Dmax .......................................... 45

IV.3.4.2.Dosage en eau réelle ......................................................................................... 46

IV.3.5 Dosage des granulats .................................................................................................... 46

IV.3.5.1 Tracé de la courbe granulométrique de référence ............................................. 46

IV.3.6.Volume total des granulats .......................................................................................... 47

IV.3.7.Proportions des divers granulats .................................................................................. 47

IV.4. Formulation du béton ordinaire............................................................................................ 48

IV.4.1.Résistance visée............................................................................................................ 48

IV.4.2. Dosage en ciment et eau ............................................................................................. 48

IV.4.3.Détermination des pourcentages des granulats ............................................................ 48

IV.4.3.1.Tracé de la courbe granulaire de référence ........................................................ 48

IV.4.3.2.La ligne de partage............................................................................................. 49

IV.4.4.Coefficient de compacité.............................................................................................. 50

IV.4.5. Dosage des granulats ................................................................................................... 50

IV.4.6.Résultats des essais réalisés.......................................................................................... 51

IV.5. Conclusion .......................................................................................................................... 51

Chapitre V : Composition d’un béton destiné aux ouvrages hydrauliques

V.1.Introduction ............................................................................................................................ 52

V.2.Méthodologie.......................................................................................................................... 52

V.3.Résultats et discutions ............................................................................................................ 53

V.3.1.Resistance a la compression .......................................................................................... 53

V.3.1.1.Influence du dosage en ciment ............................................................................ 53

V.3.1.2.Influence du rapport E/C .................................................................................... 55

V.3.2.Porosité .......................................................................................................................... 56

V.3.3.Absorption d’eau par capillarité .................................................................................... 57

V.3.4.Perméabilité ................................................................................................................... 60

V.4.Conclusion.............................................................................................................................. 62

Conclusion générale ...................................................................................................................... 63

Liste des figures

Figure 1.1 : Constituants et ordre de grandeur des proportions des constituants d’un bétonordinaire ......................................................................................................................................... 4

Figure 1.2 : Influence du dosage en eau à un dosage de ciment fixé [12] ..................................... 6

Figure 1.3 : Influence du dosage d’eau sur la rhéologie [13]......................................................... 7

Figure 1.4 : Utilisation des superplastifiants[12] ........................................................................... 8

Figure 1.5 : L'effet du dosage du superplastifiant[14] ................................................................... 9

Figure 1.6 : Effets de la résistance spécifiée sur divers paramètres [13] ..................................... 11

Figure 1.7: Etendue de la taille des grains des composants granulaires et de la matrice

cimentaire [5] ................................................................................................................................ 11

Figure II.1 : Porosité Point de vue microscopique [17]............................................................... 15

Figure II.2 : Porosité Point de vue macroscopique [17] .............................................................. 16

Figure II.3 : la structure des pores capillaires pour deux rapports E/C différent [17] ................. 16

Figure II.4 : l’influence du rapport E/C sur les pores capillaires ................................................ 17

Figure II.5 : Composition volumique d’une pâte de ciment hydraté sans apport d’eau externe,

selon le modèle de Powers, [19].................................................................................................... 18

Figure II.6 : L'absorption capillaire pour un béton adjuvanté par l’hydrofuge [20].................... 19

Figure II.7 : Photo d’une canalisation dégradée. ......................................................................... 20

Figure II.8 : Photos microscopiques de C3A et d’éttringite [23] ................................................. 21

Figure III.1 : courbe granulométrique des sables. ....................................................................... 29

Figure III.2 : courbe granulométrique des graviers. .................................................................... 30

Figure III.3 : appareil Los Angeles.............................................................................................. 31

Figure III.4 : appareil Micro-Deval. ............................................................................................ 32

Figure III.5 : Essai de la masse volumique absolue.. .................................................................. 33

Figure III.6 : Essai de la masse volumique apparente.. ............................................................... 33

Figure III.7 : Phase d’évolution du ciment. ................................................................................ 34

Figure III.8 : Malaxeur du mortier de ciment.............................................................................. 35

Figure III.9 : Appareil de Vicat.. ................................................................................................. 35

Figure III.10 : Prisme de mortier 16x4x4.................................................................................... 36

Figure III.11 :Table à choc.. ........................................................................................................ 36

Figure III.12 : Appareil d’écrasement. ........................................................................................ 36

Figure III.13: La balance électronique utilisée ........................................................................... 37

Figure III.14: Pesage des granulats. ............................................................................................ 37

Figure III.15: Le malaxeur de béton du laboratoire. ................................................................... 37

Figure III .16: vibreur. ................................................................................................................. 37

Figure III.17 : cône d’abrams.. .................................................................................................... 38

Figure III.18 : Essai de compression.. ......................................................................................... 39

Figure III.19 : Essai d’absorption par capillarité. ........................................................................ 40

Figure III.20 : Appareil de perméabilité...................................................................................... 41

Figure IV.1: Abaque permettant d’évaluer approximativement le dosage en ciment à prévoir. . 44

Figure IV.2 : Variation relatives moyennes du dosage en eau E et du nombre de chocs du test

d’ouvrabilité C.E.S. en fonction de l’affaissement. ...................................................................... 45

Figure IV.3 : Courbe granulométrique de référence .................................................................... 49

Figure V.1 : Influence de dosage en ciment sur la résistance a la compression ......................... 54

Figure V.2 : Influence de rapport E/C sur la résistance à la compression (C=350kg/m3) ........... 55

Figure V.3 : Influence de dosage en ciment sur la porosité de béton. ......................................... 56

Figure V.4 : Influence de rapport E/C sur la porosité de béton (C=350kg/m3) ........................... 56

Figure V.5 : Variation de la résistance a la compression en fonction de la porosité .................. 57

Figure V.6 : Absorption d’eau capillaire par unité de surface des bétons pour différent dosage en

ciment ........................................................................................................................................... 59

Figure V.7 : Absorption d’eau capillaire par unité de surface des bétons pour différent rapport

E/C (C=350kg/m3)......................................................................................................................... 59

Figure V.8 : Effet du dosage en ciment sur la profondeur de pénétration d’eau sous pression à

28jours .......................................................................................................................................... 61

Figure V.9 : Effet du rapport E/C sur la profondeur de pénétration d’eau sous pression à 28 jours

....................................................................................................................................................... 61

.

Liste des tableaux

Tableau III.1 : Analyse granulométrique du sable fin ................................................................ 26

Tableau III.2 : Analyse granulométrique du sable grossier ........................................................ 26

Tableau III.3 : Valeurs preconisees pour module de finesse. ..................................................... 27

Tableau III.4 : Module de finesse du sable 0/5. .......................................................................... 27

Tableau III.5 : Module de finesse du sable Bougazoul. .............................................................. 27

Tableau III.6 : Analyse granulométrique du sable optimale ...................................................... 28

Tableau III.7 : Analyse granulométrique pour le gravier (8/15) ................................................. 29

Tableau III.8 : Analyse granulométrique pour le gravier (15/25) ............................................... 30

Tableau III.9 : Coefficient de Los Angeles des graviers utilisés. ............................................... 31

Tableau III.10 : Coefficient de Micro-Deval des graviers utilisés. ............................................. 32

Tableau III.11 : masse volumiques absolues et apparentes des granulats................................... 33

Tableau III.12 : Temps de prise moyen du ciment. .................................................................... 34

Tableau III.13 : Différents classe de ciment. EN 196-1.............................................................. 35

Tableau III.14 : Résultat d’essai d’écrasement du mortier de ciment.. ....................................... 36

Tableau IV.01 : Consistance du béton. ....................................................................................... 43

Tableau IV.02 : Evaluation de « D » ........................................................................................... 43

Tableau IV.03 : valeur approximatives du coefficient granulaire « G » .................................... 44

Tableau IV.04 : Correction en pourcentage sur le dosage en eau en fonction de la dimension

maximale des granulats ................................................................................................................. 46

Tableau IV.05 : Valeurs du terme correcteure K......................................................................... 46

Tableau IV.06 : Valeurs du coefficient de compacité c ............................................................. 47

Tableau IV.7 : La composition d’un mètre cube du béton ......................................................... 51

Tableau IV.8:Valeurs d’affaissement et la résistance à la compression d’un béton ordinaire .... 51

Tableau V.1 : les différentes valeurs de dosage en ciment et de rapport E/C utilisées. .............. 52

Tableau V.2 : Composition des bétons étudiés ............................................................................ 53

Tableau V.3 : Essais réalisés et leurs âges .................................................................................. 53

Tableau V.4 : Résultats de l’essai de résistance pour les bétons étudiés. ................................... 54

Tableau V.5 : Résultats de l’essai de porosité pour les bétons étudiés. ....................................... 56

Tableau V.6 : Résultats de l’essai d’absorption d’eau pour les bétons étudiés. ......................... 58

Tableau V.7 : Valeurs de coefficient d’absorption des bétons étudiés. ...................................... 59

Tableau V.8 : Résultats de l’essai de perméabilité pour les bétons étudiés................................ 60

Introduction générale


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Le béton, depuis longtemps, a trouvé sa place d’application dans les différents types

de construction à savoir : les constructions civiles, industrielles et hydrauliques. Ces dernières

sont, toujours, en contact avec l’eau et éventuellement des milieux agressifs.

Pour cela, il s’avère nécessaire de chercher une composition de béton à ces ouvrages

qui doit être le plus étanche et résistante aux possible.

Cette recherche vise à l'amélioration des caractéristiques du béton destiné aux ouvrages

hydrauliques par une optimisation de sa composition. Pour ce faire, nous réaliserons une étude

de formulation de bétons différents suivi de l’analyse de l’influence de dosage en ciment, le

rapport E/C et l’introduction de différents adjuvants pour garantir des bonnes performances

d’ouvrabilité.

Le mémoire est ainsi constitué de cinq chapitres. Le premier chapitre concerne l’état de l’art.

Nous avons fait une synthèse bibliographique sur le matériau béton, sur les composants

granulaires, ainsi que les différentes caractéristiques à prendre en compte dans la formulation

du béton.

Le deuxième chapitre expose les problèmes liés à un ouvrage hydraulique et la qualité de

béton nécessaire pour ce type des ouvrages.

Le troisième chapitre nous avons défini toutes les caractéristiques physiques et mécaniques

des différents matériaux (granulats, ciment et adjuvants), comme le module de finesse, le

pourcentage en fines, les coefficients de micro Deval, Los Angeles. Les analyses

granulométriques de chacune des classes granulaires 0/2, 0/5, 8/15, 15/25 ont été établies. Les

procédures des essais de la caractérisation de la qualité de béton comme l’ouvrabilité, la

résistance à la compression, la porosité, absorption capillaire et la perméabilité sont exposés.

Le quatrième chapitre présente une partie de l’étude expérimentale, présentant les résultats

menés sur un béton ordinaire, formulé par la méthode de Dreux Gorisse.

La cinquième et dernière partie du mémoire donne les résultats et l’interprétation des essais

réalisés (résistances mécaniques, la porosité, la perméabilité et l’absorption capillaire).

Chapitre I :Généralité sur le béton

Chapitre I Généralité Sur Le Béton

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1.1. Introduction

Le matériau béton, est devenu irremplaçable dans le domaine de la construction, pour des

raisons économiques et techniques. Simple en apparence, il est en réalité très complexe, avec une

diversité d’applications et de méthodes de formulations. C’est le matériau le plus utilisé au monde :

environ 7 milliards de mètres cubes de béton sont mis en oeuvre annuellement.

La qualité et le potentiel du matériau béton dans la structure dépend bien sur, des matériaux de base

qui entrent dans la formulation mais également des opérations de : malaxage, mise en oeuvre,

vibration et cure (protection contre la dessiccation).

Pour ne citer que la résistance à la compression du béton qui reste, du point de vue de l’ingénieur, la

propriété la plus importante du matériau, si l’on exclut les indicateurs de durabilité [1], nous allons

examiner ci-après les différents facteurs ayant une influence sur cette résistance, et sur lesquels on

pourra compter pour l’amélioration de la qualité du béton.

1.2. Historique

L’histoire du béton montre que sa technique, bien fixée empiriquement par les Romains, avec

la chaux grasse et la pouzzolane, a évolué seulement au 19ème siècle, après l’apparition des chaux

hydrauliques et des ciments.

L’ingénieur Bélidor, auteur de l’architecture hydraulique (1737) étudia la composition du béton et

introduisit le mot béton dans son sens actuel.

L’invention de la chaux hydraulique par Louis Vicat en 1817, celle du ciment Portland par Aspdin en

Ecosse en 1824 et l’installation des premiers fours par Pavin de Lafarge au Teil en France en 1830

préparent l’avènement du béton [2].

A l’origine, le béton était constitué d’un mélange de trois matériaux : le ciment, les granulats

et l’eau. Dans la plupart des cas, le ciment était du ciment Portland obtenu par mélange homogène

d’argile et de calcaire, ou d’autres matériaux contenant de la chaux, de la silice, de l’alumine et de

l’oxyde de fer, cuit à la température de clinkérisation puis broyé. Par la suite, de petites quantités

d’adjuvants chimiques ont été ajoutées au mélange afin d’améliorer certaines des propriétés du béton

à l’état frais ou durci. Plus tard, d’autres matériaux de nature inorganique ont été utilisés dans le

béton, pour des raisons économiques dans la plupart des cas. Ces substances inorganiques sont moins

coûteuses que le ciment portland en raison de leur disponibilité à l’état naturel.

Au 20 ième siècle, le béton se développera considérablement avec l’évolution de ses

techniques : usage croissant des adjuvants, béton prêt à l’emploi, matériel de mise en oeuvre, mise au


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point du béton précontraint en 1928 par Eugène Freyssinet, ouvrant ainsi la voie à une envolée de

l’audace architecturale (ouvrages d’art, bâtiments, etc.).

Dans les années quatre-vingt et quatre-vingt-dix, les études relatives aux bétons à hautes

performances ont montré le rôle néfaste de l’excès d’eau dans les bétons. La réduction de cette

quantité d’eau, par l’emploi de défloculants et par correction de l’empilement granulaire via les

ultrafines, a conduit aux gains de résistance allant jusqu’à 200 MPa et de durabilité.

De nos jours, l’étendue des exigences possibles a augmenté de façon spectaculaire. Par exemple,

l’affaissement au cône d’Abrams varie de 0 pour les bétons de démoulage immédiat à plus de 25 cm

pour les bétons autoplaçants. De même, les résistances requises à 28 jours en compression peuvent

s’échelonner depuis des valeurs modestes, de l’ordre de 10 MPa pour certains bétons de masse, à des

valeurs très élevées, supérieures à 200 MPa et plus pour certains produits spéciaux préfabriqués.

Aujourd’hui, en totale continuité avec les bétons à hautes performances, c’est un changement

d’objectifs constituant une véritable révolution culturelle que proposent les bétons autoplaçants.

L’étude du matériau n’est plus seulement gouvernée par l’amélioration de la résistance et de la

pérennité. Toutefois ces dernières propriétés restent calées à des niveaux équivalents ou supérieurs à

celles des bétons courants. Nous disposons actuellement de bétons particulièrement fluides qui

peuvent être mis en oeuvre sans vibration et qui sont devenues prioritaires. Ces bétons ont été

initialement mis au point par des chercheurs de l’université de Tokyo dans les années 1980 [3]. Il

s’agit des bétons autoplaçants (BAP) utilisés pour les coulages d’éléments verticaux (poteaux, voile)

et des bétons autonivelants (BAN) destinés aux éléments horizontaux (dalles de compression,

dallages, chapes flottantes). Les BAP sont utilisés entre autres pour réaliser des éléments de structure

préfabriqués, des réservoirs, des plates-formes de pont, des colonnes architecturales et ainsi que des

ancrages pour de grands ponts.

1.3. Les composants du béton

Le béton est un mélange de plusieurs composants : ciment, eau, sable, gravier et, le plus

souvent, adjuvants (figure 1.1) qui constituent un ensemble homogène. Les composants sont très

différents : leurs masse volumiques vont, dans les bétons courants, de 1 (eau) à 3 (ciment) t/m3 ; les

dimensions de leurs grains s’échelonnent de 0.5 μm (grains les plus fins du ciment) à 25 mm

(gravillons). Mais cette liste s’allonge très vite dès que des propriétés particulières sont visées, on

utilise alors des fines complémentaires ou additions minérales [4].


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Figure 1.1 : Constituants et ordre de grandeur des proportions des constituants d’un béton ordinaire

La confection d’un béton approprié à sa destination consiste, à déterminer et à optimiser la

composition granulaire et le dosage des divers constituants. Dans les bétons les plus simples, le

squelette granulaire est composé de deux coupures seulement, un sable et un gravier. Le ciment et

l’eau de gâchage, dont les proportions relatives en masse sont fixées par le rapport E/C, vont former,

avec les adjuvants éventuels, la pâte de ciment qui constituera le liant du béton. Ce rapport E/C joue

un rôle primordial durant les étapes de vie du béton, l’eau en excès le rend plus fluide à l’état frais

mais diminue les résistances du béton durci. Des additions minérales (cendres volantes, fumées de

silice, laitiers, fillers,..) peuvent être rajoutés dans le but de modifier les propriétés du béton.

L’utilisation de ces éléments fins est toujours combinée à l’emploi de superplastifiants pouvant

réduire ainsi la quantité d’eau nécessaire à atteindre une fluidité suffisante. Le béton est donc un

matériau hétérogène dont les constituants présentent des caractéristiques physico-chimiques et

mécaniques différentes et dans lequel chacun de ces composants joue un rôle bien précis dans le

mélange.

1.3.1. Pâte de ciment

La pâte de ciment correspond à l’ensemble ciment, additions, eau efficace, air et adjuvants. La pâte

présente à l’intérieur du béton, joue à la fois le rôle de liant et de remplissage. Elle contribue à

l’écoulement suivant un processus rhéologique lié essentiellement à sa viscosité. Celle-ci peut être

présentée schématiquement comme une suspension de particules colloïdales suspendues dans un

liquide newtonien qui est l’eau. Les forces colloïdales et la force de la pesanteur régissent alors

complètement ses propriétés macroscopiques [5].


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1.3.1.1. Le ciment

Le ciment est l’ingrédient essentiel pour la formation d’un béton. C’est par définition un

matériau dont les propriétés de liaison et de cohésion permettent de lier en un ensemble compact des

fragments de matériaux. C’est un liant hydraulique à la base de calcaire et d’argile, qui se présente

sous forme d’une poudre minérale fine, s’hydratant en présence d’eau. Il forme ainsi une pâte qui fait

prise et qui durcit progressivement. Dès que le ciment et l’eau sont mis en contact, plusieurs

réactions chimiques ont lieu [6]. La surface des grains de ciment se recouvre d’un film d’hydrates.

Ces réactions s’opèrent alors plus lentement pendant une période dite dormante, avant d’accélérer

pendant la phase de prise. C’est le constituant de base du béton puisqu’il permet la transformation

d’un mélange sans cohésion en un corps solide.

Il existe différents types de ciments sur le marché, qui se distinguent par leurs relations avec

les propriétés du béton. De ce fait, le choix du type de ciment et son dosage dépendent à la fois des

performances recherchées (résistance mécanique, résistance aux agents agressifs) et de la nature des

autres composants. Pour un béton courant, les ciments les plus utilisés sont les CEM II de classe 32,5

– 32,5 R – 42,5 – 42,5 R. Ce sont des ciments bien adaptés aux usages les plus courants du bâtiment,

dans les environnements 1 et 2 au sens de la norme P 18-305 [7]

El Barak et col. [8] ont montré que le dosage en ciment a un effet sur la viscosité du béton pour un

gradient de vitesse petit.

1.3.1.2. Additions minérales

Différentes additions peuvent être mélangées au ciment pour modifier les propriétés du béton

frais et durci [5]. Les principales sont les fillers calcaires, la fumée de silice, le laitier de haut

fourneau et les cendres volantes. Ce sont des additions fines définies comme la fraction granulo-

métrique d’un granulat qui passe au tamis de 0,063 mm (Norme NF EN 933 - 8). En remplissant les

micro-vides de l’empilement des agrégats (sable, graviers), ces additions minérales confèrent aux

bétons frais de meilleures qualités de maniabilité. Ces ajouts font augmenter la cohésion et entraînent

donc une diminution du ressuage et de la ségrégation du béton. Ils entraînent également une

réduction de la chaleur d’hydratation et, par conséquent, le risque de fissuration thermique [9]. D’un

autre coté, les additions minérales améliorent aussi l’imperméabilité et la ténacité aux attaques

chimiques [10].


ENSH 2015 Page 6

1.3.2. L’eau

L’eau est un des ingrédients essentiels du béton, elle intervient à toutes les étapes de la vie du

matériau par ses propriétés physico-chimiques et mécaniques. L’eau introduite dans le béton lors de

sa fabrication va remplir deux fonctions essentielles : une fonction physique qui confère au béton

frais des propriétés rhéologiques permettant son écoulement et son moulage et une fonction chimique

qui contribue au développement de la réaction d’hydratation. L’aspect fondamental du dosage en eau

reste celui de la recherche d’un optimum sur un objectif contradictoire : une meilleure résistance

obtenue

En réduisant la quantité d’eau en augmenter la résistance et pour une amélioration de l’ouvrabilité

en augmentant la teneur en eau. C’est lors de la recherche de cet optimum que les adjuvants peuvent

jouer un rôle. Le rapport E/C est un critère important des études de béton ; c’est un paramètre

essentiel de l’ouvrabilité du béton et de ces performances : résistance à la compression, durabilité.

Toutes les eaux ne peuvent pas être utilisées pour gâcher le béton. Certes, l’eau potable distribuée par

le réseau du service public est toujours utilisable mais, de plus en plus souvent, nous sommes placés

devant la nécessité d’utiliser une eau non potable. La norme XP P 18-303[11], a permis de préciser à

quelles conditions une eau est utilisable.

L'ajout d'eau a bien sûr pour conséquence d'augmenter l'ouvrabilité du béton. A titre d'exemple, la

figure 1.2 montre un abaque tiré de la méthode de formulation de Dreux et Gorisse, qui permet, pour

différents dosages en ciment, d'évaluer la quantité d'eau nécessaire pour obtenir un affaissement visé.

Figure 1.2 : Influence du dosage en eau à un dosage de ciment fixé [12]


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Un ajout d'eau conduit également à une diminution du seuil de cisaillement et de la viscosité

plastique, comme on peut le voir sur la figure 1.3.

µ : la viscosité plastique ; τ0 : contrainte de cisaillement ; E : dosage en eau

Figure 1.3 : Influence du dosage d’eau sur la rhéologie [13]

1.3.3. Les adjuvants

Les adjuvants sont des produits solubles dans l’eau, qui incorporés aux bétons à des doses qui

doivent être inférieures ou égale à 5% du poids du ciment permettant d’améliorer certains de ses

propriétés [1]. Ils fournissent au formulateur de béton une gamme étendue, variée et nuancée de

possibilités pour faciliter la mise en oeuvre des bétons, adapter leur fabrication par temps froid ou

chaud, réduire les coûts de mise en oeuvre, améliorer les propriétés des bétons durcis, voire même lui

conférer des propriétés nouvelles. Il existe plusieurs types d’adjuvant qui sont régis par la norme NF

EN 934-2, mais ceux qui conditionnent l’ouvrabilité du béton sont les superplastifiants. Ce sont des

polymères organiques solubles dans l’eau dont la synthèse réalisée par une opération complexe de

polymérisation produit de longues chaînes de molécules de masses moléculaires élevées. Ces

molécules vont s’enrouler autour des grains de ciment et conduisent suivant leur nature à une

répulsion électrostatique en neutralisant les charges électriques présentes à la surface des grains ou à

une répulsion stérique en écartant les grains les uns des autres [5]. Ces réactions conduisent à une


ENSH 2015 Page 8

défloculation et à une dispersion des grains de ciment. Ainsi, le principal effet des superplastifants

est une meilleure distribution des grains de ciment et, en conséquence, le mélange d’une plus grande

quantité de ciment dans un même volume d’eau.

Les plastifiants et les superplastifiants permettent, comme décrit dans la figure 1.4, soit de réduire le

dosage en eau à maniabilité constante, induisant donc un gain de résistance en compression, soit

d'augmenter l'affaissement à teneur en eau constante. Les deux types de produits sont différenciés par

leur efficacité en terme de réduction d'eau, les superplastifiants étant plus efficaces.

Figure 1.4 : Utilisation des superplastifiants [12]

Dans sa thèse, Hu [14] a étudié l'effet du dosage en superplastifiant sur les paramètres rhéologiques

d'un béton à dosage en eau constant. Il a ainsi montré que le superplastifiant diminue le seuil de

cisaillement et la viscosité plastique, mais que l'effet sur la viscosité reste modeste (Figure 1.5).


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Figure 1.5 : L'effet du dosage du superplastifiant [14]

1.3.4. Les granulats

Les granulats sont un constituant essentiel des bétons qui conditionne à la fois leurs caractéristiques

et leur coût. Les granulats sont définis par la norme P18-540, comme un ensemble de grains

minéraux, destinés à la confection des mortiers, des bétons, des couches de fondations, de bases de

roulement des chaussées et des assises et des ballasts de voies ferrées.

On peut distinguer les granulats naturels, issus de roches meubles ou massives extraites in situ et ne

subissant aucun traitement autre que mécanique (c’est-à-dire concassage, broyage, criblage, lavage,

sélection) et artificiels qui proviennent de la transformation thermique de roches, de minerais, de

sous-produits industriels (laitiers, scories, etc.) ou encore de la démolition d’ouvrages de bâtiments

divers en béton, souvent appelés granulats recyclés.

Les granulats ne sont pas réellement inertes et leurs propriétés physiques, thermiques et, dans

certains cas, chimiques influencent les performances du béton. Par ailleurs, les granulats présentent

un certain nombre de propriétés intrinsèques qui ne sont pas reliées à la nature du massif rocheux

d’origine, telles la forme et la dimension des grains, la texture de surface et l’absorption, or toutes

ces propriétés peuvent avoir une influence considérable sur la qualité du béton, autant à l’état frais

qu’à l’état durci.

Il ne faut pas perdre de vue qu’un béton tire du granulat une bonne part de sa résistance et plus

particulièrement du gros granulat. D’où la nécessité d’employer des granulats de qualité, et de


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dimension maximale, celle-ci devant rester compatible avec une bonne facilité de mise en oeuvre.

Pour pouvoir construire des ouvrages fiables, selon les normes et de haute efficacité technico-

économique, il faut donc, déterminer les caractéristiques intrinsèques des granulats, puisque ces

derniers influent fortement sur les caractéristiques du béton ; à savoir les propriétés dimensionnelles,

physico-chimiques et mécaniques.

On a constaté qu’un granulat peut paraître insatisfaisant sous certains aspects, alors qu’aucun

problème n’a été détecté lorsqu’il a été utilisé dans le béton. Par exemple, une éprouvette de roche

peut se rompre lorsqu’elle est soumise au gel, mais ne pas se briser si elle est confinée dans du béton.

Cela est d’autant plus vrai lorsque les granulats sont bien enrobés d’une pâte de ciment de faible

perméabilité. Cependant, les granulats considérés comme mauvais sous plus d’un aspect ne sont pas

souhaitables pour la confection d’un béton de qualité. Ceci dit, les essais sur les granulats sont d’une

aide précieuse lors de leur sélection pour la fabrication des bétons [15].

La phase granulaire résiste au cisaillement suivant un processus mécanique faisant intervenir

l’enchevêtrement et les frottements des grains (loi de Coulomb). Ces processus dépendent à la fois

des caractéristiques physiques des granulats (dimension, forme, masse, etc.) et de leur concentration

dans le mélange [5]. Le seuil de cisaillement 0τ du mélange est régi par le nombre et la nature des

contacts entre les granulats.

En général, la forme des granulats a un effet appréciable sur la maniabilité du béton. En effet, les

granulats roulés avec leurs formes présentent l’avantage d’avoir un plus petit volume de vide

intergranulaire, ce qui nécessite une faible quantité de pâte de ciment pour le remplir et réduisent

généralement la demande en eau. Ils présentent aussi une bonne résistance intrinsèque mais

développent une liaison médiocre avec la pâte de ciment. Par contre, les granulats concassés

nécessitent une plus grande quantité d’eau à cause de leurs compacités et de leurs absorptions [16],

mais ils sont réputés avoir une excellente adhérence avec la matrice cimentaire, à cause de leurs

natures chimiques, leurs porosités et leurs rugosités [13]. La figure 1.6 montre que la quantité d’eau

est plus forte avec le granulat concassé, à cause de son absorption et de sa compacité. Mais dès que le

mélange devient assez riche, il n’y a plus aucun effet de la forme du granulat sur le rapport optimal

gravillon/sable (G/S). Enfin, la consommation en ciment est plus forte avec le granulat roulé, à cause

de sa mauvaise adhérence à la pâte de ciment.


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Figure 1.6 : Effets de la résistance spécifiée sur divers paramètres [13]

L’étendue de taille des grains des bétons peut être illustrée dans la figure 1.7.

Figure 1.7: Etendue de la taille des grains des composants granulaires et de la matrice cimentaire [5]

A partir de la figure 1.7, on constate clairement dans le cas des bétons ordinaires, la présence des

gros granulats et l’absence d’addition (fumée de silice ou autre).


ENSH 2015 Page 12

I.4.Propriétés du béton

Le béton doit être considéré sous deux aspects :

le béton frais : mélange de matériaux solides en suspension dans l’eau, se trouve en état foisonné

à la sortie des appareils de malaxage et en état compacté après sa mise en oeuvre dans son

coffrage ;

le béton durci : solide dont les propriétés de résistance mécanique et de durabilité s’acquièrent

au cours du déroulement de réactions physico-chimiques entre ses constituants, d’une durée de

quelques jours à quelques semaines.

1.4.1. Propriétés du béton frais

La propriété essentielle du béton frais est son ouvrabilité qui est la facilité offerte à la mise en

oeuvre du béton pour le remplissage parfait du coffrage et l’enrobage complet du ferraillage.

L’ouvrabilité doit être telle que le béton soit maniable et qu’il conserve son homogénéité. Elle est

caractérisée par une grandeur représentative de la consistance du béton frais. Dans le cas de béton

ordinaire elle est principalement influencée par :

La nature et le dosage du liant.

La forme des granulats.

La granularité et la granulométrie.

Le dosage en eau.

Parmi les essais qui nous permettent de calculer l’ouvrabilité d’un béton on situer :

Affaissement au cône d’abrams

Table à choc

1.4.2. Propriétés du béton durci

Lorsque le béton a durci, sa forme ne peut plus être modifiée mais ses caractéristiques

continuent d'évoluer pendant de nombreux mois, voire des années.

La compacité d'un béton (ou sa faible porosité) est un avantage déterminant pour sa

durabilité.

Une bonne résistance à la compression est la performance souvent recherchée pour le béton

durci.

Les phénomènes de retrait sont une caractéristique prévisible dans l'évolution du béton.

Les caractéristiques de déformations sous charge du béton sont connues et peuvent être

mesurées.

Propriété physique (étanchéité, porosité, perméabilité, absorption capillaire).


ENSH 2015 Page 13

1.4.2.1. Résistance à la compression

Parmi toutes les sollicitations mécaniques, la résistance du béton en compression uni-axiale a été la

plus étudiée, vraisemblablement parce qu’elle projette généralement une image globale de la qualité

d’un béton, puisqu’elle est directement liée à la structure de la pâte de ciment hydratée. De plus, la

résistance du béton en compression est presque invariablement l’élément clé lors de la conception

des structures en béton et lors de l’établissement des spécifications de conformité.

I.5 Conclusion

Dans ce chapitre nous avons montré que les qualités d’un béton dépendent des caractéristiques

de leurs constituants, en particulier, les granulats qui occupent environ 75% du volume total du

béton. Ainsi que l’influence de dosage de ciment, l’eau et les adjuvants sur la qualité de béton reste

primordiale.

Toutes ces informations doivent être prises en considération dans le cadre de la formulation du

béton pour comparer et interpréter les résultats expérimentaux.

Chapitre II :Spécificité des bétonsdestinés aux ouvrages

hydrauliques

Chapitre II Spécificité Des Bétons Destinés Aux Ouvrages Hydrauliques

ENSH 2015 Page 14

II.1.Introduction

Un béton est destiné aux ouvrages hydrauliques, doit répondre à certains exigences et

spécifications à savoir ; une résistance élevée, une durabilité vis-à-vis des agents agressifs, une

absorption minimale et une étanchéité presque parfaite.

Ces exigences ne seront atteintes que par le choix judicieux des matériaux utilisés (ciment,

granulats, eau et éventuellement les adjuvants), ainsi que par la formulation convenable du

béton. La présentation de quelques spécifications du béton en question est l'objectif de ce

chapitre.

II.2.Différents ouvrages hydrauliques

Digue en béton,

Ouvrage annexes,

Stations de traitement d’eau,

Stations d’épuration (agressivité du milieu),

Ouvrage maritimes. (contact direct ou à proximité de l’eau de mer)

II.3.Problèmes liée à béton destinée à des ouvrages hydrauliques

Les ouvrages qui sont en contact d’Eau, qui, parfois, est agressive qui peuvent être crée les

problèmes suivants :

Etanchéité (infiltration des eaux)

Action chimiquement agressifs (Sulfates, Chlorure et Acides….)

II.3.1.Etanchéité (infiltration des eaux)

Une structure en béton étanche a pour but de retenir l’eau ou d’éviter que l’eau ne s’infiltre ou

les deux, et elle dépende de deux facteurs nécessaires, la porosité et la perméabilité

II.3.1.1.Porosité du béton

La structure poreuse du béton est très importent dans la réalisation des ouvrages

hydrauliques, pour éviter l’entrée de l’eau (barrages) et agents agressifs (stations d’épurations),

pour cette structure on va étudier la cause principale : porosité


ENSH 2015 Page 15

a) Définition

La porosité mesure la proportion de volume total de béton occupé par les pores et est

habituellement exprimée en pourcentage. Etant donné l’existence de plusieurs types de pores,

certains contribuent à la perméabilité et d’autres pas, il est important de bien faire la distinction

entre porosité et perméabilité.

b) Porosité Point de vue microscopique, principalement on rencontre :

- Les pores capillaires (0,01 μm < diamètre < 5 μm)

Ce sont surtout le volume total et la dimension des pores capillaires qui influencent le plus la

perméabilité du béton (figure II.1)

- Les pores de gel (diamètre < 40 Å).

Contiennent de l'eau stable (difficile à l'extraire).Pas une grande influence sur la perméabilité

(figure III.2)

Figure II.1 : Porosité Point de vue microscopique [17]

Porosité Point de vue macroscopique

Si la porosité est élevée et que les pores sont interconnectés, ils contribuent au transport

des fluides à travers le béton de sorte que la perméabilité, aussi, est élevée. Par contre, si les

pores sont discontinus ou ne permettent pas le passage d’un fluide pour quelque raison que ce

soit, la perméabilité est faible même si la porosité est élevée (figure II.2)


ENSH 2015 Page 16

Figure II.2 : Porosité Point de vue macroscopique [17].

II.3.1.2.L’absorption d’eau par capillarité

L’absorption capillaire dépend de la structure poreuse (porosité1ouverte, taille et

interconnexion des pores).

L’eau est nécessaire lors de la fabrication du béton, pour l’ouvrabilité et pour le développement

des résistances. Les pores capillaires sont causés par l’excédent d’eau (proportion d’eau qui n’est

pas utilisée pour l’hydratation).

Un béton étanche doit avoir les capillaires les plus petits possibles (figure II.3)

Figure II.3 : la structure des pores capillaires pour deux rapports E/C différent [17].


ENSH 2015 Page 17

Des rapports E/C élevés sont donc à éviter car une faible teneur en pores capillaires permet

d’atteindre un béton plus étanche. Par l’utilisation d’un superplastifiant, la quantité en eau

excédentaire peut être réduite sans influencer l’ouvrabilité.

II.4.Influence de la composition du béton

II.4.1.Rapport E/C

Le rapport E/C joue un rôle très important dans l’amélioration de qualité des bétons destinés

aux ouvrages hydrauliques comme il est représenté dans la figure II.4

Figure II.4 : l’influence du rapport E/C sur les pores capillaires

Avec un rapport E/C supérieur à 0,42, la quantité d’eau est supérieure à celle nécessaire à

l’hydratation complète du ciment. Les grains de ciment sont éloignés, leur hydratation ne permet

pas de combler tout l’espace. Lorsque l’hydratation arrive à son terme, il reste une quantité d’eau

importante dans le matériau (sous forme d’eau libre), ce qui engendre la formation d’une

porosité capillaire importante, favorisant la perméabilité du matériau et diminuant sa résistance

mécanique. L’utilisation d’un E/C élevé favorise l’absorption de fluide et la perméabilité du

matériau et ainsi la pénétration d’agents potentiellement agressifs vers le cœur du matériau [18].

Avec un rapport E/C de 0,42, l’ensemble des grains de ciment peut s’hydrater. Cette hydratation

entraîne la création de vides non remplis d’eau. En effet, la formation des hydrates conduit à la

formation de composés dont le volume est inférieur aux volumes de l’eau et du ciment utilisés

pour la confection de la gâchée (volume des hydrates = volume du ciment + 0,736 x volume de

l’eau). Ce phénomène est appelé contraction de Le Châtelier [19].

Rapport E/C élevé > 0,6 Rapport E/C = 0,4Présence de capillaires Densité ciment-gravier élevée.

importants. Capillaires réduits.


ENSH 2015 Page 18

Avec un rapport E/C inférieur à 0,36, les grains de ciment sont initialement proches les uns des

autres. Toute l’eau sera consommée par les réactions d’hydratation des grains de ciment qui ne

seront pas tous hydratés complètement et très peu d’espaces seront laissés vides entre les

hydrates. Ceci permet d’obtenir des matériaux ayant une porosité capillaire limitée et de bonnes

propriétés mécaniques, l’ensemble des grains de ciment ne sera pas complètement hydraté, ce

qui ne nuit pas à la résistance du matériau.

L’influence du rapport E/C sur la porosité capillaire et sur le taux de ciment non hydraté est

illustrée par la figure II.5.

Figure II.5 : Composition volumique d’une pâte de ciment hydraté sans apport d’eau externe,

selon le modèle de Powers, [20]

II.4.2.Les adjuvants

Pour le rendre le béton imperméable et avec une absorption minimale, il faut utiliser l'un des

adjuvants suivants :

Un hydrofuge de masse, dosé de 0.7 à1.5 % du poids de ciment. Cet adjuvant se combine à la

chaux du ciment pour former des cristallisations complémentaires qui obstruent les

capillaires du béton et le rendent étanche à l'eau.


ENSH 2015 Page 19

Un super plastifiant, dosé de 1 à 1.5 % du poids de ciment, permettent de réduire la quantité

d'eau et de limiter le volume des capillaires.

Une synergie hydrofuge/super plastifiant qui constitue une meilleure solution pour obtenir un

béton imperméable. Comme il est représenté dans la figure II.6, l'absorption capillaire pour

un béton adjuvanté par l’hydrofuge, est trois fois moins forte que celle du béton témoin.

Figure II.6 : L'absorption capillaire pour un béton adjuvanté par l’hydrofuge [21].

II.4.2.1.Effet indirect des adjuvants

Augmente l’ouvrabilité

Facilité de mise en place

Meilleur compacité

Réduction de la perméabilité

II.5.Action des eaux agressives

Un ouvrage peut être soumis à de multiples agressions engendrées par l’action des sels ou

des gaz en solution dans l’eau (eaux souterraines, eau de mer, pluie, etc.). Les eaux peuvent être

chargées de sels minéraux les plus divers en fonction des sols traversés. Les milieux les plus

agressifs sont soit acides, soit salins (chlorures, nitrates, et surtout sulfates de sodium, de calcium

ou de magnésium).

L’agressivité des milieux dans lesquels peuvent se trouver les ouvrages en béton est liée à

la présence d’eau et à l’aptitude de celle-ci à réagir avec certains minéraux de la matrice


ENSH 2015 Page 20

cimentaire du béton. En effet, les agents agressifs dissous dans l’eau constituent une solution

chimiquement agressive pour le béton qui peut provoquer plusieurs types de phénomènes lorsque

la formule du béton n’est pas optimisée.

La dégradation chimique du béton sous l’effet de sulfate a des conséquences d’ordre

macroscopiques et en particulier d’ordre mécanique : chute de résistance et de rigidité,

fissuration et déformation du matériau et physico-chimiques : affaiblissement des propriétés

liantes, modification de la porosité [22].

II.5.1.Attaque du béton par les sulfates

Une grande variété de sulfates, provenant le plus souvent des eaux souterraines ou des eaux de

mer, peut entrer en contact avec le béton et réagir chimiquement avec les hydrates, en particulier

avec les aluminatesC3A, et causer la fissuration et l’éclatement du béton [23].

La figure II.7 présente un exemple de canalisation des eaux usées dégradée.

Figure II.7 : Photo d’une canalisation dégradée.

Il existe plusieurs formes de sulfates dans le sol et les eaux dont les principaux sont [24]:

-le sulfate de calcium CaSO4.

-le sulfate de magnésium Mg SO4.

-le sulfate de potassium KaSO4.

-le sulfate de sodiumNaSO4.

Ces solutions de sulfates peuvent être combinées avec les aluminates tricalciques du ciment C3A

pour former une expansion dans la structure du béton dite : l’éttringite (C3A 3CaSO4 32H2O ).

La figure II.8 présente les photos des hydrates (C3A) et d’éttringite (C3A 3CaSO4 32H2O):


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Figure II.8 : Photos microscopiques de C3A et d'éttringite [24].

L’hydratation des ciments dans un milieu agressif, à titre d’exemple un milieu riche en sulfate de

Magnésium (MgSO4), provoque une substitution des cations Mg++ en ions Ca++ (la chaux), ce

qui est connu par les échanges ioniques. Les conséquences de cette substitution sont [25] :

1- La formation d’éttringite dû à la réaction chimique du gypse secondaire (CaSO4) et le

C3A du ciment, comme il est indiqué dans les équations chimiques suivantes [25] :

Échanges Mg++ Ca++

MgSO4+ Ca(OH)2 CaSO4 +Mg(OH)2

3CaSO4 + C3A + 32 H2O C3A 3CaSO4 32H2O (éttringite)

2- Diminution de la cinétique d’hydratation du ciment (manque de produits d’hydratation

C-S-H) :

C3S ou C2S + H CH + C-S-H

C’est à dire : Ciment + Eau Chaux (CH) + Produits d’hydratation.

Pour stabiliser la chaux libérée par l’échange ionique , on ajoute au ciment des pouzzolanes ou

laitier (nature siliceuses C-S-F) :

CH + C-S-F C-S-H (plus d’hydratation)

Le CSF ayant une très grande surface spécifique (20 m2/g) enrobe le grain de ciment et fait écran

entre le C3S (ou C3A) et l’eau, cet écran disparaît après la dissolution du CSF dans la solution

intergranulaire du C3S (ou C3A) [26].


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II.5.2.Principes de prévention

Malgré la complexité des réactions chimiques générées par les eaux agressives, l’application de

quelques principes de prévention élémentaires respectés au niveau de la formulation du béton, de

la conception de l’ouvrage et lors de sa réalisation permettent d’obtenir des bétons résistants

durablement dans les milieux agressifs.

II.5.2.1.Type du ciment adapté pour un milieu sulfaté

Les ciments destinés aux travaux des eaux à haute teneur en sulfates présentent des

teneurs limitées en aluminates tricalciques C3A qui permettent de conférer au béton une

résistance accrue à l’agression des ions sulfates. C'est la norme XP P 15-319 qui fixe les

caractéristiques de ces ciments. Cette norme s'applique aux ciments suivants : CEM I – CEM

II/A et B, CEM III/A et B, CEM III/C et CEM V/A et B [24].

Selon l’agressivité de l’environnement, les normes indiquent les mesures à prendre pour

la protection du béton contre l’attaque des sulfates, un béton ayant un rapport E/C maximal de

0,50, fabriqué à partir d’un ciment qui répond aux spécifications de la norme ASTM C150 pour

un ciment de Type II (teneur maximale en C3A de 8 % et en SO3 de 3 %) est recommandé pour

une agressivité modérée. Lorsque l’agressivité de l’environnement augmente, il est recommandé

de diminuer davantage le rapport E/C et d’utiliser un ciment résistant aux sulfates (Type V

ASTM; teneur maximale de 5 % en C3A et de 2,3 % en SO3) [23].

Les fortes teneurs en C3A, SO3, Gypse, et C4AF couplées à une surface spécifique élevée

(finesse de mouture) garantissent la réactivité (mauvaise résistance) du ciment vis-à-vis des

sulfates [22].

II.5.3.Béton compact et peu perméable

Les qualités intrinsèques du béton, sa compacité et sa perméabilité conditionnent sa durabilité.

Le béton résiste d’autant mieux à l’action des eaux agressives que sa porosité et sa perméabilité

sont faibles. Un béton peu poreux est peu accessible aux diverses solutions du milieu ambiant,

les contacts potentiels entre la pâte et les divers agents agressifs sont limités. L’optimisation du

béton permet de limiter les éventuelles altérations pendant la durée de service de l’ouvrage.

II.6.Recommandations

D’un point de vu composition, les recommandations suivants peuvent être émissent pour

l’obtention d’un béton étanche :


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Utilisation d’additions (effet de remplissage)

Utilisation d’un agent réducteur de retrait

Utilisation d’un agent hydrofuge

Courbe granulométrique bien échelonnée

Rapport E/C ajusté (utilisation de plastifiants)

II.7.Conclusion

A la fin de ce chapitre nous conclurons que le béton destine aux ouvrages hydrauliques

doit être étanche et résistant aux agents agressif, Pour l’obtention de ce type, on peut joué sur

plusieurs paramètres de la composition du béton tel que le rapport E/C, le dosage et type de

ciment ainsi que l’utilisation d’addition et d’adjuvant.

Chapitre III :Caractérisation desmatériaux et essais

Chapitre III Caractérisation Des Matériaux Et Essais

ENSH 2015 Page 24

III.1.Introduction

Le béton est un matériau de construction, composé du ciment, gravier, sable, d’eau et

éventuellement d’adjuvant pour modifier ces propriétés [27]. Afin de formuler un béton qui doit

répondre aux exigences demandées, il est préférable que ses constituants soient convenables aux

normes.

Dans ce chapitre, on doit détailler les caractéristiques des matériaux utilises par l’exécution de

quelques essais d’identification qui nous aident au choix des matériaux.

III.2. Les matériaux utilisent

III.2.1. Granulats

Les granulats utilisés sont de provenance de bougazoul , MEDIA et SETIF. Ils sont de

type agrégats concassés à savoir : deux sables (0/2), (0/5) et des graviers (8/15), (15/25).

III.2.2. Ciment

Le ciment utilisé dans cette étude est un Ciment Portland Composé (CPJ CEM II 42.5)

III.2.3. Adjuvants

Les adjuvants sont des produits qui, ajoutés à moins de 5% du poids du ciment, au moment

du malaxage des mortiers et des bétons. Ils améliorent certaines de leurs propriétés.

Dans cette étude nous avons utilisé un super plastifiant nommé MEDAPLAST SP 40 (voir

fiche technique en annexe I.1) et un plastifiant nommé MEDAFLOW 40 (voir fiche technique

en annexe I.2).

Les adjuvants utilisés sont fourni par l’entreprise GRANITEX de Oued Smar (Wilaya

d’Alger)

III.2.4. L’eau

L’eau utilisée pour la confection des éprouvettes est une eau potable du robinet propre et

exempte d’impuretés.

III.3. Caractérisations des matériaux utilises

Les essais préliminaires effectués sur tous les matériaux utilisés ont été réalisés au niveau

du laboratoire de béton de l’école nationale supérieure de l’hydraulique.


ENSH 2015 Page 25

III.3.1. Essais sur granulat

III.3.1.1.Sables

a. Analyse granulométrique

La composition du béton a pour but de déterminer les proportions des divers constituants

(ciment, eau, sable, graviers) en produisant un béton dont l’ouvrabilité est compatible avec les

moyens de mise en œuvre et qui possédera, après durcissement, les meilleures caractéristiques

(bonne étanchéité, bonne résistance mécanique, faible retrait, bonne durabilité…).

Pour définir ces proportions, on doit passer tout d’abord à l’essai de l’analyse

granulométrique. L’analyse granulométrique sert à déterminer la distribution en poids des

particules d’un matériau suivant leurs dimensions.

a.1. Principe de l’essai

L’essai consiste à fractionner, au moyen d’une série de tamis, un matériau en plusieurs

catégories de grains décroissantes.

a.2. Équipements utilisés

Pour réaliser cette opération, nous avons utilisé les équipements suivants :

- des tamis de différents diamètres,

- un échantillon de 1000 g pour chaque sable,

- une balance de 6 kg, pesant au gramme prés,

- un vibro- tamis électrique.

a.3. Description de l’essai

Il s’agit de fractionner le matériau au moyen d’une série de tamis pour déterminer sa classe.

Après tamisage, les masses des différents refus des différents tamis ( 25 ; 22.4 ; 20 ; 18 ;16 ;

14 ;12.5 ; 10 ; 8 ; 6.3 ; 5 ; 4 ; 2.5 ; 2 ; 1.25 ; 0.63 ; 0.315 ; 0.16 ; 0.08) sont rapportées à la masse

initiale de matériau, les pourcentages ainsi obtenus permet la représentation de la courbe

granulométrique. (EN 933-1) .Les analyses granulométriques établies pour chaque fraction sont

présentées dans les deux tableaux suivants (tableau III.1 et III.2).


ENSH 2015 Page 26

Tableau III.1 : Analyse granulométrique du sable fin

Dimension des

tamis (en mm)Refus(en g)

Refus cumulé

(en g)Refus cumulé(%)

Tamisât cumulé

(%)

6,3 0 0 0 100

5 0 0 0 100

4 1 1 0,1 99,9

3.15 2 3 0,3 99,7

2.5 1 4 0,4 99,6

2 1 5 0,5 99,5

1.6 1 6 0,6 99,4

1.25 1 7 0,7 99,3

0.63 6 13 1,3 98,7

0.315 120,5 133,5 13,35 86,65

0.16 739,5 873 87,3 12,7

0.08 124,5 997,5 99,75 0,25

Fond 2,5 1000 100 0

Tableau III.2:Analyse granulométrique du sable grossier

Dimension des

tamis (en mm)Refus(en g)

Refus cumulé

(en g)Refus cumulé(%)

Tamisât cumulé

(%)

6,3 0 0 0 100

5 1,5 1,5 0,15 99,85

4 54 55,5 5,55 94,45

3.15 106,5 162 16,2 83,8

2.5 107 269 26,9 73,1

2 90 359 35,9 64,1

1.6 109 468 46,8 53,2

1.25 98,5 566,5 56,65 43,35

0.63 196 762,5 76,25 23,75

0.315 151,5 914 91,4 8,6

0.16 60,5 974,5 97,45 2,55

0.08 18 992,5 99,25 0,75

Fond 7,5 1000 100 0


ENSH 2015 Page 27

b. Calcul des proportions du sable optimal de MF =2,8

b.1. Module de finesse

Le module de finesse est défini par la somme des pourcentages de refus cumulés pour

différents tamis (0.16 ; 0.315 ; 0.63 ; 1.25 ; 2.5 ; 5). Sa valeur dépend surtout de la teneur des

fines dans le sable. Selon cette valeur, on peut déterminer la finesse du sable (Tableau III.3).

(EN 933-1)

Tableau III.3 : Valeurs preconisees pour module de finesse.

Module de finesse Spécifications

2.8<Mf<3.2 sable grossier

2.2<Mf<2.8 sable moyen

1.8<Mf<2.2 sable fin

D’après les résultats de la granulométrie on peut ressortir les refus dont on a besoin pour

calculer le module de finesse (Tableau III.4 et III.5)

Tableau III.4 : Module de finesse du sable 0/5.

Sable 0/5

Tamis 5 2.5 1.25 0.63 0.315 0.16

Refus cum

(%)0.15 26.9 56.65 76.25 91.4 97.45

∑ Refus/100 = 348.8/100 = 3.488. Ce module de finesse est très grand donc on est obliger

d’ajouter un sable très fin pour le diminuer et corriger le sable 0/5 avec un sable des dunes de

Bougazoul, son module de finesse est de 1,030 (tableau III.5).

Tableau III.5 : Module de finesse du sable Bougazoul.

Sable Bougazoul de 0/2

Tamis 5 2.5 1.25 0.63 0.315 0.16

Refus 0 0.4 0.7 1.3 13.35 87.3

Dans notre étude, on a choisi un module de finesse de 2,8 ∈ [2.7 ÷ 3.0] donc on va

calculer le pourcentage qu’il faut utiliser du sable S1 (sable de Bougazoul 0/2) et de S2 (sable 0/5)

X% de S1 (MF=1,03) avec Y% de S2 (MF=3,48) pour avoir un sable optimal (final) de

module de finesse MF=2,8. Pour cela, la méthode d’Abrams :


ENSH 2015 Page 28

X S1 (%) = ( )( ) = ( , , )( , , ) X S1 = 0,277 =28%

Y S2 (%)=( )( ) =

( , , )( , , ) Y S2 = 0,722 =72%

Le sable final présentera un mélange de 28% de S1 et de 72% de sable S2

On peut noter que c’est un sable grossier qui correspond à des sables à utiliser pour la

recherche de résistances élevées.

La courbe granulométrique de ce sable (Sf) ainsi que celles de S1 et S2 sont représentées

dans le tableau III.6 et la figure III.1 :

Tableau III.6 : Analyse granulométrique du sable optimale

Tamis (mm)

Refus S1

(0/2) x

42%

Refus S2

(0/5) x 58%

Refus

globaux

Refus

globaux

cumulé

(g)

Refus global

cumulé (%)

Tamisas

cumulés

6,3 0 0 0 0 0 100

5 0 1,08 1,08 1,08 0,108 99,892

4 0,28 38,88 39,16 40,24 4,024 95,976

3.15 0,56 76,68 77,24 117,48 11,748 88,252

2.5 0,28 77,04 77,32 194,8 19,48 80,52

2 0,28 64,8 65,08 259,88 25,988 74,012

1.6 0,28 78,48 78,76 338,64 33,864 66,136

1.25 0,28 70,92 71,2 409,84 40,984 59,016

0.63 1,68 141,12 142,8 552,64 55,264 44,736

0.315 33,74 109,08 142,82 695,46 69,546 30,454

0.16 207,06 43,56 250,62 946,08 94,608 5,392

0.08 34,86 12,96 47,82 993,9 99,39 0,61

Fond 0,7 5,4 6,1 1000 100 0

Total 280 720 1000


ENSH 2015 Page 29

Figure III.1 : courbe granulométrique des sables

III.3.1.2.Graviers

a. Analyse granulométrique

Pour la réalisation de L’analyse granulométrique des graviers on a utilisons des échantillons

de 3200g de masse, Les analyses granulométriques établies pour chaque fraction sont présentées

dans les deux tableaux suivants (tableau III.7 et III.8)

Tableau III.7 : Analyse granulométrique pour le gravier (8/15)

Dimension des

tamis en (mm)

Refus

(en g)

Refus cumulé

(en g)

Refus cumulé

(%)

Tamisât cumulé

(%)

16 150,5 150,5 4,703125 95,296875

14 746 896,5 28,01563 71,984375

12,5 429,5 1326 41,4375 58,5625

10 1210 2536 79,25 20,75

8 431,5 2967,5 92,73438 7,265625

6,3 169 3136,5 98,01563 1,984375

Fond 63,5 3200 100 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10

sable S1(0/2 MF=1.03)

sable S2(0/5 MF=3.48)

sable optimale(28%S1+72%S2,MF=2.8)Tamisats(%)

Diametres(mm)


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Tableau III.8 : Analyse granulométrique pour le gravier (15/25)

Dimension des

tamis en (mm)

Refus

(en g)

Refus cumulés

(en g)

Refus cumulés

(%)

Tamisas cumulés

(%)

25 112,6 112,6 3,51875 96,48125

22,4 243,1 355,7 11,11563 88,88438

20 522,6 878,3 27,44688 72,55313

18 1083,1 1961,4 61,29375 38,70625

16 804,1 2765,5 86,42188 13,57813

14 434,5 3200 100 0

12,5 0 3200 100 0

Fond 0 3200 100 0

Les valeurs données sur les différents tableaux ci–dessus nous permettent de tracer les courbes

granulométriques pour chaque type de granulats, voir figure III.2.

Figure III.2 : courbe granulométrique des graviers

b. Propriétés mécaniques

La première propriété mécanique des granulats est la dureté qui est définie comme étant la

résistance d’un échantillon de roche à se briser sous un choc.

0

20

40

60

80

100

120

1 10 100

Tam

isat

s(%

)

diamétre des tamis (mm)

Gravier 8/15Gravier 15/25


ENSH 2015 Page 31

b.1.Los Angeles

C’est un essai qui estime la résistance à la fragmentation par chocs et à l’usure par

frottement réciproques. Cette résistance est mesurée par le coefficient Los Angeles LA, rapport

de la masse des fragments passant au tamis de 1,6 mm mesuré en fin d’essai à la masse de

l’échantillon [28], cette essai a été réalisé par l’appareil de los Angeles (figure III.3).

LA(%) = ( ,′

).100

Les résultats des essais sont résumés dans le tableau III.9

Tableau III.9 : Coefficient de Los Angeles des graviers utilisés.

Classe de Gravier Gravier 8/15 Gravier 15/25

LA(%) 21,64 21,23

La valeur de los Angeles pour le gravier utilisé LA < 40%, nous pouvons conclure que ces

graviers peuvent être utilisés pour la confection du béton [29].

Figure III.3 : appareil Los Angeles.

b.2.Micro-Deval

L’essai permet de déterminer la résistance à l’usure par frottements réciproques des

éléments d’un granulat a l’aide de l’appareil représenté dans la figure III.4 . Cette résistance est

caractérisée par le coefficient Micro-Deval (MDE) qui représente la proportion d’éléments fins

produits pendant l’essai. Plus le coefficient MDE est faible, plus la résistance à l’usure des

graviers est élevée. L’essai ainsi que le calcul du coefficient Micro-Deval ont été effectués

conformément à la norme NA 457.


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Les graviers des deux carrières présentent une bonne résistance à l’usure, sachant que, en

fonction des usages, la norme XP P18-545 exige des valeurs maxima tolérées inférieures à 35 %.

Les résultats des essais sont résumés dans le tableau III.10.

Tableau III.10 : Coefficient de Micro-Deval des graviers utilisés.

Classe de Gravier Gravier 8/15 Gravier 15/25

MDE (%) 23,17 22,84

Figure III.4 : appareil Micro-Deval.

c. Masses volumiques

Les masses volumiques apparentes et absolues des granulats sont calculés d’après la norme

française NF P18-555 [30]

La masse volumique absolue ou réelle (MVr) : c’est la masse de l’unité de volume

absolu du corps, c'est-à-dire que la matière qui constitue le corps, sans tenir compte du volume

des vides.

La masse volumique apparente(MVa) : c’est la masse de l’unité de volume apparent du

corps, c'est-à-dire du volume constitué par la matière du corps et les vides qu’elle contient.

c.1. Détermination de la masse volumique absolue :

On mesure la masse volumique absolue à partir des essais au laboratoire. Le principe de cet

essais est simple : on met 400 ml d’eau dans une éprouvette, et on lui ajoute a chaque essai 400g

de gravier ou bien de sable (figure III.5), le volume d’eau va augmenter et la masse volumique

absolue de ce gravier ou bien de sable sera est déduite en divisons la masse (400g) sur la

variation du volume d’eau, Les résultats des essais sont résumés dans le tableau III.11.


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Figure III.5 : Essai de la masse volumique absolue.

c.2. Détermination de la masse volumique apparente :

Le principe de cet essai est de mesurer la masse d’un échantillon de gravier dont on connait

le volume V (dans notre cas le volume V= 1 litres).La masse volumique dans ce cas est égale à la

masse mesurée M sur le volume V (1litre),(figure III.6).

Les résultats des essais sont résumés dans le tableau 2.8.

Figure III.6 : Essai de la masse volumique apparente.

Tableau III.11 : masse volumiques absolues et apparentes des granulats.

Type de granulats Gravier 8/15 Gravier 15/25 Sable 0/2 Sable 0/5

γabs(Kg/m3) 2,66 2,66 2,58 2,58

γapp(Kg/m3) 1,365 1,324 1,442 1,574


ENSH 2015 Page 34

III.3.2. Essais sur ciment

III.3.2.1. Essai de prise

Cet essai consiste à déterminer le temps de début de prise et temps de fin de prise. On

prépare un échantillon de pate de ciment (500g de ciment) avec la teneur en eau trouvée dans

l’essai de consistance (23%). On note le temps du début de l’essai, (mais cette fois on utilise

l’aiguille de Vicat à la place de la sonde), on note une distance de 3 et 5 mm et le début temps

de prise (EN 196-3) [31]. Une pénétration de 0.5 mm correspond au temps de fin de prise

(Tableau III.12).

Figure III.7 : Phase d’évolution du ciment.

Tableau III.12 : Temps de prise moyen du ciment.

Désignation Temps de priseCiment à prise rapide 5 à 8 minutes

Ciment à prise demi-rapide 8 à 30 minutes

Ciment à prise demi-lente 30 minutes à 6 heures

Ciment à prise lente Plus de 6 heures

Les résultats de cet essai sont :

Début de prise : 2h02 mn

Fin de prise : 4h29 mn

La durée du temps de prise est de 122 mn > 60mn c'est-à-dire la classe du ciment est de

42.5 ou 52.5


ENSH 2015 Page 35

Figure III.8 : Malaxeur du mortier de ciment. Figure III.9 : Appareil de Vicat.

III.3.2.2.Resistance à la compression ciment

La composition du mortier normalisé utilisé est, en masse, une partie de ciment, trois

parties de sable normalisé et une demi-partie d’eau. Chaque gâchée, pour trois éprouvettes

d’essai (Figure III.8), comporte 450 de ciment, 1350 g de sable et 225 g d’eau suivant la norme

(EN 196-1) [32].

Les matériaux ont été malaxés mécaniquement au moyen d’un malaxeur à axe vertical

(Figure III.8) selon la norme. Les valeurs de l’écrasement du mortier à 7 et 28 jours sont

illustrées dans le tableau III.14, pour déterminer la classe de résistance du ciment on suit le

tableau III.13.

Tableau III.13 : Différents classe de ciment. EN 196-1

Classe Resistance a la compression (N /mm2)Temps de prise

(mn)

32.5 />32.5 < 52

>9032.5 R ≥13.5

42.5 ≥12.5>42.5 <62.5

>60

42.5R ≥20

52.5 ≥20>52.5 /

52.5R ≥20


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Figure III.10 : Prisme de mortier 16x4x4. Figure III.11 : Table à choc.

Figure III.12 : Appareil d’écrasement.

Tableau III.14 : Résultat d’essai d’écrasement du mortier de ciment.

Ciment (SECIL)Age 7 j 28J

Resistance a la compression (N/mm2) 34.07 51.8

Resistance à la compression à 7 jours = 34.07 N/mm2

Resistance à la compression à 28 jours = 51.8 N/mm2 <62.5

Ces résultats permettent de confirmer la classe du ciment: classe 42,5

III.4. Essais sur béton

III.4.1. Malaxage et confection des éprouvettes

III.4.1.1. Mode opératoire de malaxage

La préparation du mélange à été faite en respectant soigneusement les démarches suivantes :

Peser le sable, les granulats (lavés puis séchés) et le ciment (figure III.13 et III.14).

Introduction le sable, le ciment, et les graviers dans le malaxeur (figure III.15). Le tout est

ensuite malaxé pendant 60 secondes.


ENSH 2015 Page 37

Introduire de l’eau puis malaxer pendant 40 secondes.

Introduction du plastifiant pendant le malaxage qui dure 30 secondes.

III.4.1.2. Confection des éprouvettes

Les moules d’éprouvettes pour les essais de compression, sont des corps d’éprouvette de forme

cylindrique de dimensions normalisés (Ф=16 cm, h=32 cm).Le remplissage des moules se fait avec

délicatesse particulièrement pour les éprouvettes de compression. Les moules remplis sont par la

suite vibré sur par un vibreur pour évacuer les bulles d’air et éviter les cavités dans le béton frais

(augmente la compacité du béton) (figure III.16).

Après 24 heures, les éprouvettes sont démoulées. Ils sont ensuite soumis, durant une semaine, à

une cure humide dans l’eau jusqu’à l’âge de l’essai.

Figure III.13: La balance électronique utilisée Figure III.14: Pesage des granulats

Figure III.15: Le malaxeur de béton du laboratoire Figure III .16: vibreur

III.4.2. Essais sur béton frais

III.4.2.1. Mesure de la maniabilité (durabilité)

a) Définition :

C’est l’essai le plus couramment utilisé car il est très simple à mettre en œuvre.il est

utilisable tant que la dimension maximale des granulats ne dépasse pas les 40mm.


ENSH 2015 Page 38

b) Principe de l’essai :

Il s’agit de constater l’affaissement d’un cône de béton sous l’effet de son poids propre.

Plus cet affaissement sera grand et plus le béton sera réputé fluide.

c) Equipement nécessaire :

L’appareille comme le montre la figure III.17 se compose de 4 éléments :

Un moule tronconique sans fond de 30cm de haut, de 20cm de diamètre en sa partie

inferieure et de 10cm de diamètre en sa partie inferieure ;

- Une plaque d’appui.

- Une tige de piquage.

- Un portique de mesure.

d) Conduite de l’essai :

Pour mesurer l’affaissement on introduit le béton frais dés la fin de sa confection en trois

couches recevant chacune 25 coups de piquage. Araser le moule, démouler immédiatement en

soulevant le moule. Après mesurer l’affaissement à partir du point le plus bas du béton.

L’affaissement est mesurer par la différence de hauteur entre le moule et le niveau supérieur du

béton après démoulage, le résultat obtenu permet de classer les bétons.

Figure III.17 : cône d’abrams..

III.4.3. Essais sur béton durci

III.4.3.1. Essais mécaniques

a. Essai de compression

Les essais de compression simple ont été réalisés au laboratoire sur une presse, Elle est

programmée pour les essais de compression et cela pour différentes dimensions (éprouvettes

cylindriques, cubiques).


ENSH 2015 Page 39

L’essai consiste à placer les éprouvettes confectionnées entre les deux plateaux de la presse

.le plateau inferieur sur lequel est posée l’éprouvette étant fixe, le plateau supérieur est mobile.

En dévalant celui-ci écrase le corps de l’éprouvette contre le plateau inferieur. L’effort est

appliqué progressivement à vitesse de chargement constante.

L’essai de compression est ainsi achevé, la charge maximale P est donnée dès que la

rupture est enclenchée, cette charge maximale servira à déterminer la résistance fc qui s’obtient

par le rapport P/S (éprouvette utilisé de forme cylindrique de dimensions normalisés (Ф=16 cm,

h=32 cm).

b. But de l’essai

Le résultat que l’on recherche à obtenir avec cet essai est la détermination de la résistance à

la compression (le rapport entre la force appliquée / la section de l’éprouvette).

Figure III.18 :Essai de compression.

III.4.3.2. Essais d’étanchéité du béton

A. Essai d’absorption par capillarité

A.1. Préparation et prétraitement des échantillons :

Eprouvettes de béton de 100 mm sont conditionnées en chambre humide (95% HR et T

20°C) pendant la période de maturation étudiée (28 jours) et séchées dans une étuve ventilée

pendant un minimum de 7 jours à 45°C, jusqu’à masse constante (∆M < 0,1% en 24 heures).

Une hauteur de 1 cm de la surface latérale des éprouvettes est enduite par de la résine (ou

silicone), pour permettre une pénétration d’eau unidirectionnelle (Figure III.19).


ENSH 2015 Page 40

Figure III.19 : Essai d’absorption par capillarité

A.2. Conduite de l’essai :

L’essai est réalisé selon la norme EN 13057. L’échantillon est placé sur deux appuis collés sur le

fond d’un bac rempli d’eau jusqu’à une hauteur de 2 ± 1 mm à partir de la base de l’éprouvette.

Ce niveau d'eau doit être maintenu constant. La variation de la masse est ainsi mesurée après 4,

9, 16, 25, 36, 49 minutes, de même qu’après 1, 4 heures. La pesée des éprouvettes est effectuée

après les avoir essuyées à l’aide d’un chiffon humide pour enlever les goutes d’eau de la surface.

A.3. Coefficient d’absorption

L’absorption d’eau par unité de surface Cat, après un temps t d’absorption est déterminée par

l’équation 4, avec Mt ; masse après un temps t ; M0 : masse sèche. Cat =

L’absorption d’eau Cat est proportionnelle à la racine carrée du temps.

Cat= S√t Tracer Cat =f (t).

Déterminer le coefficient d’absorption S (pente du tronçon linéaire).

Ce coefficient indique la tendance de l’éprouvette à s’imprégner d’eau par action

capillaire, sans aucune pression extérieure.

A = 7x7 = 49 cm²

B. Essai de porosité

La porosité accessible à l’eau est un paramètre de premier ordre dans l’évaluation de la durabilité

du béton. Elle est déterminée par l’absorption d’eau par immersion, qui est la différence entre la

masse d’un échantillon saturé dans l’eau et sa masse à l’état sec.

B.1. Conduite de l’essai

Des éprouvettes cubiques de 100 mm, sont séchées dans l’étuve à 105°C jusqu’à masse constante

(variation de 0,1% après 24h). Ainsi la masse sèche "Msec" de l’échantillon est déterminée.

Pour obtenir la porosité accessible à l’eau par immersion "PW ", les échantillons sont

immergés dans l’eau jusqu’à Saturation (variation en masse de 0,1% après 24 h) selon la

norme NBN B 15-215 et sont pesés dans l’air "Msat" et dans l’eau "Meau".


ENSH 2015 Page 41

On définie PW comme étant la porosité ouverte du matériau tel que :

Pw= .100

C. Essai de perméabilité (pénétration d’eau sous pression)

Le principe de cet essai est de placer des éprouvettes cubique dans l’appareil de

perméabilité (Figure III.20) et leurs soumettre une pression d’eau de 3 bar pendant 24 h (la

pression et la période dépend de chaque appareil) ensuit on pose cette éprouvette dans un

appareil pour la casser en deux, afin de consulter la profondeur de pénétration d’eau dans le

béton.

Figure III.20 : Appareil de perméabilité.

III.5.Conclusion

Dans ce chapitre, les différentes caractéristiques physiques et mécaniques des composants

ont été établies. Les courbes granulométriques de toutes les classes granulaires sont présentées. Il

était important de définir la partie normative à laquelle doivent répondre les différents mélanges.

On utilise aussi, comme adjuvants, un plastifiant (MEDAPLAST SP 40) et un superplastifiant

(MEDAFLOW 40). Ainsi les différents essais sur béton frais et durci, ont été exposés.

Chapitre IV :Etude de composition d’un

béton ordinaire

Chapitre IV Etude De Composition D’un Béton Ordinaire

ENSH 2015 Page 42

IV.1. Introduction

Nous allons étudié dans ce chapitre la composition du béton ordinaire. Pour cela la

méthode dite « Dreux Goriss » est utilisée. Cette méthode, pratique et simple, a pour but de

définir d’une façon simple et rapide une formule de composition d’un béton en fonction des

qualités souhaitées et des matériaux utilisés. Toutefois, il faut noter que seules quelques gâchées

d’essai et de confection d’éprouvettes permettront d’ajuster au mieux la composition à adopter

définitivement.

Les performances requises pour un béton impliquent :

L’ouvrabilité du béton, généralement définit par l’affaissement au cône d’Abrams.

La résistance du béton, le plus souvent à 28 jours.

La durabilité qui conduit à imposer un dosage minimum en ciment et rapport E/C

maximum.

Aussi, la formulation du béton doit permettre de respecter les deux premières exigences au

moindre coût, le plus souvent donc à partir d’un dosage en ciment le plu faible possible.

IV.2. Les méthodes de formulation du béton

Dans la littérature on trouve plusieurs méthodes de composition de béton .On peut situer :

Méthode de Bolomey

Méthode de Faury

Méthode d’Abrams

Méthode de Vallette

Méthode de joisel

Méthode Américaine

Méthode Britannique

Méthode de Dreux Goriss

Toute fois, la méthode de Dreux Gorisse et la plus utilisée.

IV.3. Méthodes de calcul de la composition du béton selon Dreux Goriss

IV.3.1. Données de base

A) Nature de l’ouvrage

La connaissance de la nature de l’ouvrage est nécessaire : ouvrage massif ou au contraire élancé

et de faible épaisseur, faiblement ou très ferraillé. Il sera nécessaire de connaître l’épaisseur


ENSH 2015 Page 43

minimale et les dispositions des armatures dans les zones les plus ferraillées : distance minimale

entre elles et couvertures par rapport au coffrage.

B) Résistance souhaité

On générale on demande une résistance en compression à 28 jours « fc28 ». Si l’on admet un

coefficient de variation moyen de l’ordre de 15%, on pourra adopter la règle approximative pour

la résistance moyenne à viser :

C ≈ C 28 +15% ………………………………..(IV.1).

C) Consistance désirée :

Elle est fonction de la nature de l’ouvrage (plus ou moins massif ou plus ou moins ferraillé), de

la difficulté de bétonnage, des moyens de serrage. Elle est définie, en générale, par

l’affaissement au cône comme indiqué dans le tableau IV.01 :

Tableau IV.01 : Consistance du béton

Plasticité Serrage Affaissement « A » en cmBéton très ferme

Béton fermeBéton plastique

Béton mouBéton liquide

Vibration puissanteBonne vibration

Vibration courantePiquage

Léger piquage

0 à 23 à 56 à 9

10 à 13≥ 14

IV.3.2.Dimension maximale des granulats « D »

Elle est fonction des caractéristiques de la pièce à bétonner « coffrage, ferraillage…. ». Les

valeurs de D sont données au tableau IV.02.

Tableau IV.02 : Evaluation de « D »

Caractéristiques

de la pièce à bétonner

Dimension maximale des granulats

Roulés Concassés

e (espacement horizontale entre armatures)

c (couverture)

r (rayon moyen du ferraillage)

R (rayon moyen du moule)

hm (épaisseur minimale)

≤0,9 e≤ 0,8 c≤1,8 r≤1,2 R≤hm /4

≤0,8 e≤0,7 c≤1,6 r≤R≤hm /4

IV.3.3. Dosage en ciment

On commence par évaluer le rapport C/E en fonction de la résistance moyenne désirée fc.

C = G × CE ×(C/E -0,5)………………………………(IV.2).


ENSH 2015 Page 44

Avec :fC: résistance moyenne en compression désirée à 28 jours.fCE: classe vraie du ciment (à 28 jours) en MPa.

C : dosage en ciment en (kg/m³).

E : Dosage en eau totale sur matériaux secs (litre/m³).

G : coefficient granulaire (tableau IV.03).

Tableau IV.03 : valeur approximatives du coefficient granulaire « G »

Qualité des granulats

Dimension « D » des granulats

Fins

(D≤16 mm)

Moyens

(20≤D≤40 mm)

Gros

(D>=50 mm)

Excellente

Bonne, courante

Passable

0,55

0,45

0,35

0,60

0,50

0,40

0,65

0,55

0,45

Le dosage en ciment est en fonction de C/E, mais également du dosage en eau E nécessaire pour

une ouvrabilité satisfaisante. L’abaque de la figure n°1 permet d’évaluer approximativement C

en fonction de C/E et de l’ouvrabilité désirée qui doit être considérée comme une donnée au

problème.

Figure IV.1:Abaque permettant d’évaluer approximativement le dosage en ciment à prévoir en

fonction du rapport C/E et de l’ouvrabilité désirée (affaissement au cône).


ENSH 2015 Page 45

IV.3.4. Dosage en eau

L’abaque de la figure (IV.2), donne l’allure générale de la variation du dosage en eau en fonction

de l’affaissement au cône et du test d’ouvrabilité C.E.S. Il ne s’agit bien entendu que d’ordre de

grandeur pour des bétons courants et permettant de dégrossir rapidement une formule de

composition mais comme pour tous les facteurs de cette composition c’est à notre avis par des

essais sur des éprouvettes que les divers éléments constitutifs, et l’eau tout particulièrement,

peuvent être définitivement dosée.

Figure IV.2 : Variation relatives moyennes du dosage en eau E et du nombre de chocs du test

d’ouvrabilité C.E.S. en fonction de l’affaissement

IV.3.4.1.Correction du dosage en eau en fonction de Dmax

Les données précédentes sont plus particulièrement applicables aux bétons dont la dimension

maximale des granulats est d’environ D = 25 mm (dimension la plus courante). Si l’on a D < 25

mm, la surface spécifique des granulats augmente et à plasticité équivalente, il faudra légèrement

majorer le dosage en eau, et vice- versa.

La correction sur le dosage en eau correspond à D = 25 mm, peut être approximativement

évaluée d’après les valeurs du tableau (IV.04) en fonction de D.


ENSH 2015 Page 46

Tableau IV.04 : Correction en pourcentage sur le dosage en eau en fonction de la dimension

maximale des granulats

Dimension maximale des

granulats « D » (mm)5 10 16 25 40 63 100

Correction sur E (%) +15 +9 +4 0 -4 -8 -12

IV.3.4.2.Dosage en eau réelle

La quantité d’eau totale (sur matériau supposés secs) étant ainsi approximativement déterminée,

en obtiendra la quantité d’eau à ajouter sur les granulats humides en déduisant l’eau d’apport

(contenue dans les granulats).

IV.3.5 Dosage des granulats

IV.3.5.1 Tracé de la courbe granulométrique de référence

Elle doit être tracée sur une feuille d’analyse granulométrique (papier semi-logarithmique). Le

ciment n’est pas inclus dans la courbe. Celle-ci est composée de deux segments OA et AB avec

brisure en A.

Abscisse X du point de brisure :

D/2 si D ≤ 25mm. Si D > 25mm, « A » se projette au milieu du segment limité par le

module 38 (6,3mm passoire) et le module correspondant à « D ».

Ordonnée Y du point de brisure :

Le pourcentage Y des tamisas cumulatifs est : Y= 50 - √ +K ………………...(IV.3).

K est un terme correcteure qui dépend du dosage en ciment,de la forme des granulats, de la

puissance de serrage et de la finesse de sable,comme le mentre le tableau IV.05.

Tableau IV.05 : Valeurs du terme correcteure K.

Vibration Faible Normale Puissance

Forme des granulats

(du sable en particulier)Roulé Concassé Roulé Concassé Roulé Concassé

Dosage

en ciment

(Kg/M³)

400+fluidifiant

400

350

300

250

200

-2

0

+2

+4

+6

+8

0

+2

+4

+6

+8

+10

-4

-2

0

+2

+4

+6

-2

0

+2

+4

+6

+8

-6

-4

-2

0

+2

+4

-4

-2

0

+2

+4

+6

Si MF ≠ 2,5 Correction supplémentaire Ks = 6 MF -15.

Pour un béton pompableCorrection supplémentaire Kp = +5 à +10.


ENSH 2015 Page 47

IV.3.6.Volume total des granulats

Le volume total des granulats par unité de volume de béton frais est fourni par le tableau IV.6,

qui indique la valeur du coefficient de compacité c.

Tableau IV.06 : Valeurs du coefficient de compacité c

Consistance Mode de serrage

c coefficient de compacité

D= 5 D= 10 D= 12,5 D= 20D=

31,5D= 50 D= 80

Molle

Piquage

Vibration

Vibration normale

0,750

0,755

0,760

0,780

0,785

0,790

0,795

0,800

0,805

0,805

0,810

0,815

0,810

0,815

0,820

0,815

0,820

0,825

0,820

0,825

0,830

Plastique

Piquage

Vibration faible

Vibration normale

Vibration puissante

0,760

0,765

0,770

0,775

0,790

0,795

0,800

0,805

0,805

0,810

0,815

0,820

0,815

0,820

0,825

0,830

0,820

0,825

0,830

0,835

0,825

0,830

0,835

0,840

0,830

0,835

0,840

0,845

Ferme

Vibration faible

Vibration normale

Vibration puissante

0,775

0,780

0,785

0,805

0,810

0,815

0,820

0,825

0,830

0,830

0,835

0,840

0,835

0,840

0,845

0,840

0,845

0,850

0,845

0,850

0,855

Pour gravier concassé, diminuer c de : 0,03.

Le coefficient de compacité c est le rapport du volume absolu des matières solides (ciment

et granulats) par unité de volume de béton frais.

Le volume absolu de l’ensemble des granulats est : V= (1000 c) – Vc ……………(IV.4).

le volume absolu des grains de ciment : Vc=γ

. et γc=3,1 g/cm³

IV.3.7.Proportions des divers granulats

Les proportions des différents granulats sont déterminer graphiquement, en représentant les

courbes granulométriques des granulats utilisés et la courbe de référence OAB définie

précédemment et les lignes de partage entre chacun des granulats en joignant le point à 95%de la

courbe granulaire du premier au point de 5% de la courbe du granulat suivante.


ENSH 2015 Page 48

IV.4. Formulation du béton ordinaire

IV.4.1.Résistance visée

La résistance désirée pour un béton ordinaire à 28 jours est de l’ordre de : σ28j =25 MPa

La résistance visée est telle que: σ’28j=1,15.σ28j , soit : σ’28j =(1,15).25= 28.75MPa

IV.4.2. Dosage en ciment et eau

a) Dosage en ciment par m3 de béton :

On détermine le rapport C/E en utilisant la formule IV.2

a.1) Choix approprié du coefficient granulaire G :

A partir le tableau IV on prend G=0,50 car les granulats utilisés ont un diamètre inférieur à 40

mm et supérieur a 25mm, avec une bonne qualité.

Le rapport C/E est donné par : = ,. , + 0,5Connaissant le rapport et l’affaissement au cône d’ABRAMS souhaité A, on déduit, grâce à

l’abaque, en fonction de A (figure IV.), le dosage en ciment C correspondant:

=1.61

L’abaque donne la valeur du dosage en ciment : C=350 kg

A=8cm

b) Dosage en eau par m3 de béton :

=1.61

On en déduit la valeur de E qui est: E=217 kg/m3

C=350kg

IV.4.3.Détermination des pourcentages des granulats

IV.4.3.1.Tracé de la courbe granulaire de référence

Sur le même graphe d’analyse granulométrique, Type AFNOR (pourcentage des tamisas en

fonction du module ou diamètre des tamis comme elle est représentée dans la figure IV.3), on

trace une composition granulaire de référence OAB avec :

Le point O est repéré par ses coordonnées: [0,080; 0]

Le point B est repéré par ses coordonnées: [D; 100], (D=25mm: le diamètre du plus gros

granulat).

Le point de brisure A a les coordonnées suivantes:

En abscisse :

- si D ≤20mm, l’abscisse est de D/2,


ENSH 2015 Page 49

- si D >20mm, l’abscisse est située au milieu limité par le module 38 (5 mm) et le module

correspondant à D. Le plus gros granulat est D=25mm, donc le point de brisure a pour abscisse:

D/2=12,5mm.

En ordonnée :

Y= 50 - √ +K

pour C = 350 Kg/m³ ; Vibration normale ; Sable concassé on trouve : K = +1 , on lui

ajoute une correction suplémentaire Ks : si MF ≠ 2,5 → Ks =( 6 MF -15 ) = (6×2,8 -15)

→Ks =1,8

K= 1,8+1= 2,8

→ Y= 50 - √25 +2,8 = 47,8

Ainsi, les coordonnées du point de brisure A sont: (12,5 ; 47,8).

IV.4.3.2.La ligne de partage

La ligne de partage joint le point d’ordonnée 95% de la courbe granulaire du plus petit granulat

au point d’ordonnée 5%, de la courbe granulaire du plus gros granulat. Le point d’intersection

entre cette ligne et la courbe théorique du mélange optimum indique les proportions en

pourcentage de volume absolu de sable et gravier. Ces proportions sont lues sur le pourcentage

de tamisas correspondant à ce point d’intersection. Ce pourcentage indique la proportion de

sable, le complément donne la proportion de gravier.

Figure IV.3 : courbe granulométrique de référence.


ENSH 2015 Page 50

On obtient donc un mélange optimal avec un volume absolu de 40,5 % de sable optimale et

59,5% de gravier (Gravier 8/15: 22 % + Gravier 15/25: 37,5 %). Sur la courbe granulométrie, les

points d’intersection entre les lignes de partage et la courbe OAB donnent les pourcentages des

granulats suivants :

Sable optimale : 40,5 %

Gravier 8/15 : 22 %

Gravier 15/25 : 37,5 %

IV.4.4.Coefficient de compacité

Il est défini comme le rapport des volumes absolus en litres des matières solides :

VM =VS +VG +VC ………………………………(IV.5).

Au volume total du béton frais soit un mètre cube :

c = …………………………..(IV.6).

En utilisant le tableau IV.6 des valeurs du coefficient de compacité et après interpolation pour un

diamètre maximum de granulats égal à 25 mm, on trouve une valeur de c = 0,827.

IV.4.5. Dosage des granulats

Volumes absolus des constituants solides sont :

Le volume totale absolu : 1000 = 827 l/m3

Le volume absolu du ciment : (350/3,1) = 112,9 l/m3

Le volume absolu des granulats : 827-112,9 = 714,1 l/m3

Le volume absolu du gravier 8/15 : VG1 = 714,1×(22/100) = 157,1 l/m3

Le volume absolu du gravier 15/25 : VG2 = 714,1×(37,5/100) = 267,8 l/m3

Le volume absolu du sable : VS = 714,1×(40,5/100) =289,2 l/m3

Le volume absolu du sable S1 : VS1 = 289,2 X (28/100) = 80,98 l/m3

Le volume absolu du sable S2 : VS2 = 289,2 X (72/100) = 208,22 l/m3

Connaissons les masses volumiques absolues des granulats :

Gravier 8/15 = 157,1 × 2,66 = 417,62 Kg/m3

Gravier 15/25 = 267,8 × 2,66 = 712,35 Kg/m3

Sable S1(0/2) (Bouguezoul) = 80,98 × 2,58 = 208,93 Kg/m3

Sable S2(0/5) (de Concassage) = 208,22 × 2,58 = 537,2 Kg/m3


ENSH 2015 Page 51

Pour préparer 1m3 de béton, il faudra donc les masses représenté dans le tableau IV.7.

Tableau IV.7 : Composition d’un mètre cube du béton

Composants Quantité

Ciment 350 Kg/m3

Sable S1 208,93 Kg/m3

Sable S2 537,2 Kg/m3

Gravier 8/15 417,62 Kg/m3

Gravier 15/25 712,35 Kg/m3

Eau 217 litre /m3

Rapport E/C 0,62

IV.4.6.Résultats des essais réalisés

Tous les résultats de l’essai mécanique et de l’ouvrabilité sont illustres dans le tableau IV.8

Tableau IV.8 : Valeurs d’affaissement et la résistance à la compression d’un béton ordinaire

Affaissement

(cm)

Résistance à la compression (Rc)

à 7 jours (MPa)


à 28 jours (MPa)

Rci Moy Rci Moy

8 17,42 17,91 18,66 18,00 21,15 25,88 25,88 24,30

IV.5. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons expliqué la méthode de Dreux Gorisse, ainsi que la

détermination de la composition d’un mètre cube de béton ordinaire, On a réalisés des essais

mécaniques et d’ouvrabilité sur le béton étudié, la résistance mécanique à 28 jours et

l’affaissement de notre béton ordinaire correspondent aux objectifs visés (affaissement 8cm,

résistance à la compression à 28 jours de 25 MPa).

Chapitre V :Composition d’un béton

destinés aux ouvrageshydrauliques

Chapitre V Composition D’un Béton Destinés Aux Ouvrages Hydrauliques

ENSH 2015 Page 52

V.1.Introduction

Dans les deux chapitres précédents, nous avons exposé les caractéristiques des matériaux

utilisés et les essais réalisés ainsi que la formulation des bétons qui doivent être étudiées.

Dans ce chapitre, nous allons présenter les résultats expérimentaux de l’état d’optimisation

du béton destiné aux ouvrages hydrotechniques, à savoir la résistance à la compression et

l’étanchéité (perméabilité, porosité et absorption d’eau par capillarité), ainsi une étude

comparative entre les différents bétons à été effectuée, l’objectif étant d’obtenir un béton

résistant, étanche et durable.

V.2.Méthodologie

Afin d’optimise la formulation du béton destiné aux ouvrages hydrotechniques, on a

procédé par étude paramétrique, ou on a étudié les paramètres suivants :

Dosage en ciment

Rapport E/C et l’utilisation d’adjuvant

La variation de ces paramètres est illustrée dans le tableau V.1, ainsi les différentes

compositions des bétons étudiés sont regroupées dans le tableau V.2.

Les essais réalisés sont énumérés dans le tableau V.3 (les procédures complètes de ces

essais sont exposées dans le chapitre III.

Tableau V.1 : les différentes valeurs de dosage en ciment et de rapport E/C utilisées.

Dosage en ciment (kg) Rapport E/C

350 ; 370 0,62 ; 0,52 ; 0,42


ENSH 2015 Page 53

Tableau V.2 : Composition des bétons étudiés

bétons

compositions

A B C D

Ciment (kg/m3) 350 370 350 350

Eau (litre/m3) 217 217 182 147

Gravier 15/25(kg/m3) 712,35 712,35 712,35 712,35

Gravier 8/15 (kg/m3) 417,62 417,62 417,62 417,62

Sable 0/5 (kg/m3) 537,2 537,2 537,2 537,2

Sable 0/2 (kg/m3) 208,93 208,93 208,93 208,93

E/C 0,62 0,62 0,52 0,42

Plastifiant *

Superplastifiant *

Tableau V.3 : Essais réalisés et leurs âges

Essais Age

- Résistance a la compression

- Porosité

- Absorption d’eau par capillarité

- perméabilité

7, 28 jours

28 jours

28 jours

28 jours

V.3.Résultats et discutions

V.3.1.Resistance a la compression

V.3.1.1.Influence du dosage en ciment

La variation de la résistance à la compression en fonction du dosage en ciment et l’âge du

béton sont présentées dans le tableau V.4 et la figure V.1


ENSH 2015 Page 54

Tableau V.4 : Résultats de l’essai de résistance pour les bétons étudiés.

Bétons


à 7 jours (MPa)


à 28 jours (MPa)

Rci MoyEcart

typeRci Moy

Ecart

type

A 17,42 17,91 18,66 18,00 0,63 21,15 25,88 25,88 24,30 2,73

B 19,66 19,66 20,40 19,90 0,43 27,62 29,86 28,36 28,61 1,14

C 21,65 23,14 23,64 22,81 1,04 36,33 37,32 36,08 36,57 0,66

D 27,87 31,85 25,88 28,53 3,04 49,76 51,01 51,50 50,76 0,90

Figure V.1 : Influence de dosage en ciment sur la résistance a la compression

Selon la figure V.1 qui montre l’effet du dosage en ciment sur la résistance à la

compression, on observe une augmentation de la résistance avec l’âge, ainsi avec l’augmentation

du dosage en ciment et cela à 7 comme à 28 jours. Effectivement, une augmentation de 17,74 %

à 28 jours à été constatée entre le béton dosé à 370 kg/m3 par rapport au béton dosé à 350 kg/m3.

Dans la littérature BOUKLI Hacene [33] montre dans sa recherche que la résistance à la

compression dépend du dosage en ciment.

000

005

010

015

020

025

030

035

c=350 kg c=370 kg

Résis

tanc

e à

la c

ompr

essio

n (M

Pa)

7 jours

28 jours


ENSH 2015 Page 55

V.3.1.2.Influence du rapport E/C

La variation de la résistance à la compression en fonction du rapport E/C et l’âge du béton sont

présentées dans le tableau V.4 et la figure V.2.

Figure V.2 : Influence de rapport E/C sur la résistance à la compression (C=350kg/m3).

Au regard de la figure V.2, une augmentation importante de la résistance est observée avec

la diminution du rapport E/C. En effet, à 28 jours de maturation, le béton avec un rapport

E/C=0,42 enregistre une augmentation de l’ordre de 38,8% et de 50,49% de résistance

respectivement par rapport aux bétons avec E/C=0,52 et E/C=0,62.

L'introduction excessive d'eau provoque la chute de la résistance mécanique à cause du

surplus d’eau qui s’évaporera après durcissement et causera une porosité élevée et une faible

compacité du béton. CHANVILLAR.G [34] montre que la résistance à la compression du béton

est d’autant plus élevée que le rapport E/C diminue et que l’âge du béton est plus grand.

En tous cas, le dosage en ciment et le rapport E/C sont très souvent reliés aux propriétés

mécaniques du béton et à sa durabilité. La formulation des bétons ordinaires doit impérativement

passer par l'optimisation de ces paramètres.

000

010

020

030

040

050

060

E/C=0,62 E/C=0,52 E/C=0,42

Résis

tanc

e à

la c

ompr

essio

n (M

Pa)

7 jours

28 jours


ENSH 2015 Page 56

V.3.2.Porosité

Les figures V.3 et V.4 ainsi que le tableau V.5 montrent l’évolution de la porosité en fonction d

dosage en ciment et du rapport E/C. Au regard de ces figures, l’augmentation de dosage en

ciment et la diminution de rapport E/C engendrent une diminution de la porosité du béton.

Tableau V.5 : Résultats de l’essai de porosité pour les bétons étudiés.

Béton A B C D

Porosité a 28

jours (%)6,78 6,51 5,09 4,70

Figure V.3 : Influence de dosage en ciment sur la porosité de béton.

Figure V.4 : Influence de rapport E/C sur la porosité de béton (C=350kg/m3).

C=350 kg/m3

C=370 kg/m3

6,35

6,4

6,45

6,5

6,55

6,6

6,65

6,7

6,75

6,8

6,85

E/C=0,62

Pw(%

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

E/C=0,62 E/C=0,52 E/C=0,42

Pw(%

)


ENSH 2015 Page 57

La porosité est liée à la structure propre du matériau. Le rapport E/C est un facteur de

grande importance car, si l’augmentation de la quantité d’eau dans les matériaux cimentaires à

l’état frais permet d’améliorer l’ouvrabilité du matériau, elle augmente sa porosité [35]. En effet,

l’eau présente en excès, qui ne sert donc pas aux différents processus d’hydratation du ciment,

s’évapore lors du séchage du matériau laissant les emplacements qu’elle occupait vides. [35].

Figure V.5 : Variation de porosité en fonction de la résistance à la compression.

Les résultats présentés par la figure V.5 représentent une corrélation entre la porosité et la

résistance à la compression des bétons étudiés (Dosage en ciment de 350kg/m3 et différents

rapports E/C). Une courbe de régression linéaire semble représenter les données expérimentales

des bétons avec un bon coefficient de corrélation, R de 0,868. Cette corrélation montre une

diminution de la résistance à la compression avec l’augmentation de la valeur de porosité. Cette

variation confirme les résultats observés précédemment.

Le rapport E/C exerce une grande influence sur la porosité de la pâte de ciment hydratée

car il gouverne directement l'espacement initial entre les grains de ciment en suspension dans

l'eau de gâchage [36]. Plus le rapport E/C est faible, plus la porosité accessible à l’eau diminue et

la résistance à la compression augmente.

V.3.3.Absorption d’eau par capillarité

Les figures V.6 et V.7 montrent la quantité d’eau absorbée par unité de surface en fonctiondu temps, pour les bétons à différent dosage en ciment et des bétons de différents rapports E/Crespectivement. Les tableaux V.6 et V.7 présentent les résultats d’essai d’absorption capillaire etvaleurs de coefficient d’absorption pour les différents bétons étudiés.

y = -10,988x + 97,886R² = 0,8211

0

10

20

30

40

50

60

4 5 6 7 8

Rési

stan

ce à

la c

ompr

essi

on (M

Pa)

Pw (%)

Rc=f(Pw)


ENSH 2015 Page 58

Tableau V.6 : Résultats de l’essai d’absorption d’eau pour les bétons étudiés.

t [min] 0 4 9 16 25 36 49 1h4' 1h21' 1h40' 2h1' 2h24 2h49 3h16' 3h45'√ 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

A (cm2) 49 49 49 49 49 49 49 49 49 49 49 49 49 49 49

Béton

A

M [g] 813,74 819,88 822,22 824,29 826,26 828,10 829,90 831,55 833,26 834,81 836,32 837,91 839,31 840,26 841,59

Ca

[g/cm2]0,000 0,125 0,173 0,215 0,256 0,293 0,330 0,363 0,398 0,430 0,461 0,493 0,522 0,541 0,568

Béton

B

M [g] 781,34 786,18 787,87 789,53 791 792,46 793,84 795,09 796,35 797,56 798,75 800,04 801,45 802,75 804,08

Ca

[g/cm2]0,000 0,099 0,133 0,167 0,197 0,227 0,255 0,281 0,306 0,331 0,355 0,382 0,410 0,437 0,464

Béton

C

M [g] 829,07 833,25 834,74 836,18 837,47 838,87 840,19 841,18 842,24 843,45 844,38 845,56 846,43 847,32 848,69

Ca

[g/cm2]0,000 0,085 0,116 0,145 0,171 0,200 0,227 0,247 0,269 0,293 0,312 0,337 0,354 0,372 0,400

Béton

D

M [g] 824 828,39 829,85 831,19 832,32 833,29 834,22 835,1 835,98 836,58 837,21 837,95 838,5 839,12 839,75

Ca

[g/cm2] 0 0,08 0,113 0,142 0,165 0,19 0,209 0,227 0,244 0,257 0,270 0,285 0,296 0,309 0,321


ENSH 2015 Page 59

Figure V.6 : Absorption d’eau capillaire par unité de surface des bétons pour différent dosage en

ciment.

Figure V.7 : Absorption d’eau capillaire des bétons pour différent rapport E/C (C=350kg/m3).

Tableau V.7 : valeurs de coefficient d’absorption des bétons étudiés.

béton Coefficient d’absorption

A 0,0361

B 0,0289

C 0,0250

D 0,0192

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Ca(g

/cm

2)

Racine temps

c=350 kg/m3

C=370kg/m3

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Ca(g

/cm

2)

Racine temps

E/C=0.62

E/C=0.52

E/C=0.42


ENSH 2015 Page 60

Les résultats montrent une absorption plus importante pour le béton dosé à 350 Kg/m³

rapport à celui dosé à 370 Kg/m³. Aussi, la diminution du rapport E/C à conduit à une diminution

systématique de l’absorption d’eau par capillarité.

Lorsque le rapport E/C supérieur à 0,42, la quantité d’eau est supérieure à celle nécessaire

à l’hydratation complète du ciment. Les grains de ciment sont éloignés, leur hydratation ne

permet pas de combler tout l’espace. Lorsque l’hydratation arrive à son terme, il reste une

quantité d’eau importante dans le matériau (sous forme d’eau libre), ce qui engendre la formation

d’une absorption d’eau importante, favorisant la perméabilité du matériau et diminuant sa

résistance mécanique. L’utilisation d’un E/C élevé favorise l’absorption d’eau et augmente la

perméabilité du matériau et ainsi la pénétration d’agents potentiellement agressifs vers le cœur

du matériau [18].

BENTZ D.P et GARBOCZI E.J [37] montrent que l’absorption capillaire n’existe plus à

hydratation complète que pour des rapports E/C inférieurs à 0,42. Au-dessus de ce seuil, pour un

rapport E/C de 0,50, la porosité capillaire à 28 jours, âge pour lequel l’hydratation est loin d’être

achevée. En fait, cette contradiction n’est qu’apparente et cette différence met en évidence un

autre phénomène important : la connectivité des pores capillaires. L’interconnexion des pores

capillaires est une caractéristique importante, car elle influe sur les possibilités de transfert dans

le béton. Selon que les pores capillaires sont ou non interconnectés, la dimension des chemins de

pénétration des espèces agressives est fortement modifiée [38].

V.3.4.Perméabilité

Le tableau V.8 regroupe les résultats de pénétration d’eau sous pression des bétons étudiés

Tableau V.8 : valeurs de coefficient d’absorption des bétons étudiés.

béton La hauteur de pénétration (mm)

A 85

B 75

C 60

D 42


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Figure V.8 : Effet du dosage en ciment sur la profondeur de pénétration d’eau sous pression à

28jours

Figure V.9 : Effet du rapport E/C sur la profondeur de pénétration d’eau sous pression à 28 jours

Selon les figures V.8 et V.9, qui montrent l’effet de dosage en ciment et le rapport E/C sur

la perméabilité après 28 jours, on observe une diminution de la profondeur de pénétration d’eau

avec l’augmentation de dosage en ciment et la diminution de rapport E/C, pour tous les bétons

étudiés. Cela est du principalement à la diminution de la porosité du béton.

70

72

74

76

78

80

82

84

86

C=350kg/m3 C=370kg/m3

Prof

onde

ur d

e pé

nétr

atio

n d'

eau

(mm

)

E/C=0,62

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

E/C=0,62 E/C=0,52 E/C=0,42

Prof

onde

ur d

e pé

nétr

atio

n d'

eau

(mm

)

C=350kg/m3


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V.4.Conclusion

Les résultats de cette partie d’étude, relatifs aux propriétés mécaniques et d’étanchéité des

bétons destinés aux ouvrages hydrotechniques, nous ont permis de délivrer les conclusion

suivantes :

La résistance à la compression diminue avec une augmentation de dosage en ciment et la

diminution du rapport E/C.

Les paramètres d’étanchéité (perméabilité, porosité et l’absorption capillaire) sont très faible

pour un rapport E/C=0,42 et pour un dosage en ciment élevé. Toutefois, l’optimisation d’un

béton étanche et résistant ne néglige pas un regard parallèle à l’aspect économique et aux

besoins réels du béton de l’ouvrage à réaliser.

Conclusion générale


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Notre travail consiste principalement en une étude paramétrique (rapport E/C et le

dosage en ciment) de la composition du béton destiné aux ouvrages hydrauliques. Suite aux

résultats obtenus, on peut conclure que ces paramètres ont permis de donner quelques

résultats satisfaisants permettant de l’amélioration des propriétés mécaniques physiques

d’étanchéité. Ainsi de ce travail on peut tirer les conclusions suivantes :

La méthode de formulation de Dreux Gorisse s’avère très intéressante pour la recherche

de telles formulations.

La résistance mécanique à 28 jours des bétons élaborés augment avec la diminution du

rapport E/C et l’augmentation du dosage en ciment. En effet, l'hydratation qui a pour

effet de colmater les capillaires (les pores) existants et renforcer les liaisons inter

granulaires.

Les résultats des essais d’absorption capillaire, perméabilité et porosité mettent en

évidence l’effet bénéfique de la diminution du rapport E/C et de l’augmentation du

dosage en ciment.

Enfin, on espère avoir atteint notre objectif et que notre contribution a ouvert d’autres

perspectives de recherche dans le domaine de la durabilité de béton en vu d’un

développement durable dans le domaine des ouvrages hydrotechniques.

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Annexes

Annexes I.1 : fiche technique de plastifiant MEDAFLUID 40

Annexes I.2 : fiche technique de superplastifiant MEDAPLAST SP 40

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